Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

------- *** -------

NCS: Trần Đình Hiếu

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ MÀI TRỤC VÍT ACSIMET THÉP HỢP KIM ĐẾN NHÁM BỀ MẶT VÀ LƯỢNG TIÊU HAO ĐÁ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Mã ngành đào tạo: 9520103

Hà Nội - 2023

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

------- *** -------

NCS: Trần Đình Hiếu

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ MÀI TRỤC VÍT ACSIMET THÉP HỢP KIM ĐẾN NHÁM BỀ MẶT VÀ LƯỢNG TIÊU HAO ĐÁ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Mã ngành đào tạo: 9520103

Tập thể hướng dẫn:

1. PGS.TS Trần Vệ Quốc

Hà Nội - 2023

2. TS. Đỗ Đình Lương

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU........................................................................................................................ 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI VÀ GIA CÔNG TRỤC VÍT ACSIMET...................5

1.1. Giới thiệu về trục vít...............................................................................................5

1.2. Vật liệu chế tạo trục vít...........................................................................................5

1.2.1. Khái niệm bộ truyền trục vít – bánh vít...........................................................5

1.2.2. Thép hợp kim, đặc điểm và ứng dụng..............................................................9

1.3. Gia công mài.........................................................................................................10

1.3.1. Khái niệm mài................................................................................................10

1.3.2. Kỹ thuật mài..................................................................................................10

1.3.3. Gia công cơ khí bằng phương pháp mài........................................................10

1.3.4. Mài trục vít....................................................................................................10

1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước...........................................................11

1.4.1. Tình hình nghiên cứu công nghệ mài ngoài nước..........................................11

1.4.2. Tình hình nghiên cứu công nghệ mài trong nước..........................................15

1.4.3. Tình hình nghiên cứu về trục vít trên thế giới................................................19

1.4.4. Tình hình nghiên cứu về trục vít trong nước.................................................20

1.5. Xác định nhiệm vụ nghiên cứu của luận án..........................................................21

1.6. Kết luận chương 1.................................................................................................21

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI RĂNG TRỤC VÍT ACSIMET VÀ PHƯƠNG

PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SAU KHI MÀI........................................................22

2.1. Công nghệ chế tạo bộ truyền trục vít - bánh vít....................................................22

2.1.1. Đặc điểm của bộ truyền trục vít – bánh vít....................................................22

2.1.2. Chế tạo trục vít và bánh vít............................................................................24

2.2. Nghiên cứu các đặc điểm của đường xoắn vít để gia công chi tiết........................31

2.2.1. Xoắn ốc Acsimet 2D......................................................................................31

2.2.2. Xoắn Acsimet 3D...........................................................................................33

2.3. Phương pháp mài trục vít......................................................................................33

2.3.1. Cơ sở lựa chọn đá để mài..............................................................................33

2.3.2. Xác định hình dạng cho biên dạng đá để mài trục vít....................................39

2.4. Kiểm tra độ chính xác gia công bằng độ tiếp xúc ăn khớp cho bộ truyền trục vít -

bánh vít........................................................................................................................ 50

2.4.1. Cơ sở lý thuyết xác định vết tiếp xúc..............................................................50

2.4.2. Thực nghiệm xác định vết tiếp xúc.................................................................53

2.5. Kiểm tra độ nhám bề mặt......................................................................................53

2.6. Đánh giá độ tiêu hao đá........................................................................................55

2.7. Xác định biên dạng đá để mài trục vít Acsimet.....................................................55

2.7.1. Cơ sở lý thuyết...............................................................................................55

2.7.2. Xác định biên dạng đá để mài trục vít Acsimet..............................................58

2.8. Phương pháp gia công và mài trục vít.........................................................................64

2.8.1. Đặc điểm của các loại trục vít – bánh vít..................................................................64

2.8.2. Cắt các trục vít trên máy tiện...................................................................................65

2.9. Phân tích để gia công trục vít................................................................................66

2.9.1. Hệ tọa độ chung của chuyển động tương đối của trục vít và dụng cụ cắt......66

2.9.2. Cấu hình trục vít............................................................................................67

2.10. Mô hình hoá trạng thái làm việc của đá mài để xác định lượng tiêu hao đá và

phương pháp chọn đá mài............................................................................................68

2.10.1. Mô hình toán học trạng thái mài.................................................................68

2.10.2. Cách chọn đá mài........................................................................................71

2.11. Kết luận chương 2...............................................................................................72

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÀI RĂNG TRỤC VÍT VÀ GIA CÔNG

BÁNH VÍT...................................................................................................................73

3.1. Quá trình nghiên cứu thực nghiệm........................................................................73

3.1.1. Lựa chọn bộ truyền trục vít – bánh vít Acsimet.............................................73

3.1.2. Thiết kế hộp tốc độ kiểm tra vết tiếp xúc........................................................80

3.2. Phương pháp xác định vết tiếp xúc.......................................................................80

3.3. Lượng tiêu hao đá (ktd)..........................................................................................81

3.4. Tiêu chuẩn về nhám bề mặt khi mài.....................................................................82

3.5. Xây dựng quá trình thực nghiệm...........................................................................83

3.6. Phương pháp xây dựng công thức thực nghiệm....................................................84

3.6.1. Lấy mẫu và trang thiết bị sử dụng trong thực nghiệm...................................84

3.6.2. Trình tự thí nghiệm:.......................................................................................89

3.7. Cơ sở lấy các điểm thí nghiệm..............................................................................89

3.8. Quy trình chế tạo trục vít Acsimet Gia công trục vít trên máy CNC.....................90

3.9. Gia công bánh vít..................................................................................................91

CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM MÀI TRỤC VÍT ACSIMET VÀ TỐI ƯU HÓA...............96

4.1. Mô hình và kế hoạch thí nghiệm...........................................................................97

4.2. Tối ưu hóa chế độ công nghệ mài trục Acsimet thép 35CrMo, 38CrMo và 40Cr..........101

4.2.1. Thép 35CrMo...............................................................................................101

4.2.2. Thép 38CrMo...............................................................................................119

4.2.3. Thép 40Cr....................................................................................................125

4.3. Thảo luận kết quả................................................................................................130

4.4. Thực nghiệm đánh giá kết quả của quá trình tối ưu hóa bằng vết tiếp xúc..........131

4.4.1. Chế tạo mô hình kiểm tra vết tiếp xúc..........................................................132

4.4.2. Kết quả thực nghiệm....................................................................................132

4.4.3. Đánh giá kết quả quá trình mài bằng vết tiếp xúc.......................................135

4.5. Kết luận chương 4...............................................................................................137

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................138

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................140

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.......................................................147

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Bộ truyền trục vít – bánh vít................................................................................5

Hình 1.2. Trục vít làm bằng thép........................................................................................7

Hình 1.3. Ứng dụng bộ truyền trục vít – bánh vít.................................................................8

Hình 1.4. Phương pháp mài trục vít.................................................................................11

Hình 2.1. Các thông số của trục vít và bánh vít..................................................................23

Hình 2.2. Sơ đồ gá đặt trục vít khi cắt tinh răng.................................................................26

Hình 2.3. Sơ đồ gá dao khi tiện trục vít.............................................................................27

Hình 2.4. Sơ đồ gá dao một phía khi cắt răng trục vít.........................................................27

Hình 2.5. Sơ đồ gá dao hai phía để cắt răng trục vít...........................................................27

Hình 2.6. Sơ đồ gá dao phay đĩa khi cắt răng trục vít.........................................................28

Hình 2.7. Sơ đồ xoáy răng trục vít....................................................................................28

Hình 2.8. Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài dạng đĩa.............................................................29

Hình 2.9. Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài côn dạng chậu....................................................29

Hình 2.10. Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài kiểu chốt...........................................................30

Hình 2.11. Các phương pháp cắt răng bánh vít.................................................................31

Hình 2.12. Xoắn ốc Acsimet.............................................................................................33

Hình 2.13. Xoắn không gian............................................................................................34

Hình 2.14. Sơ đồ xác định biên dạng của rãnh răng, đảm bảo độ ổn định của biên

dạng đá mài.................................................................................................................42

Hình 2.15: Toạ độ quá trình mài......................................................................................47

Hình 2.16. Cấu trúc 3 chiều của xoắn vít...........................................................................48

Hình 2.17. Sơ đồ cấu tạo đá mài......................................................................................48

Hình 2.18. Mối quan hệ hình học giữa đá mài và trục vít....................................................49

Hình 2.19. Thông số bề mặt không gian............................................................................52

Hình 2.20. Mô tả tiếp xúc bề mặt không gian.....................................................................53

Hình 2.21. Tiếp xúc elip..................................................................................................53

Hình 2.22. Sơ đồ nguyên lý đo theo biên dạng...................................................................55

Hình 2.23. Mô hình mài trục vít Acsimet...........................................................................57

Hình 2.24. Sơ đồ thuật toán xác định biên dạng đá mài.....................................................61

Hình 2.25. Biên dạng răng khi mài...................................................................................62

Hình 2.26. Mặt phẳng giao tuyến của phương trình cân bằng.............................................62

Hình 2.27. Biên dạng đá mài...........................................................................................63

Hình 2.28. Kích thước của biên dạng đá mài.....................................................................63

Hình 2.29. Đá mài để gia công........................................................................................64

Hình 2.30. Biên dạng đá mài bên trái...............................................................................64

Hình 2.31. Trục vít thân khai...........................................................................................65

Hình 2.32. Trục vít có Acsimet.........................................................................................66

Hình 2.33. Sơ đồ cắt trục vít............................................................................................67

Hình 2.34. Hệ tọa độ chung chuyển động tương đối giữa trục vít và dụng cụ cắt...................68

Hình 2.35. Biên dạng trục vít...........................................................................................68

Hình 2.36. Sơ đồ thay đổi trạng thái hạt do mài mòn các cạnh cắt.......................................71

Hình 3.1. Biên dạng ren Acsimet, góc ren 30o....................................................................74

Hình 3.2. Quá trình cắt bánh vít.......................................................................................75

Hình 3.3: Điều chỉnh dao phôi.........................................................................................75

Hình 3.4. Trục vít Acsimet...............................................................................................80

Hình 3.5. Hộp tốc độ.......................................................................................................81

Hình 3.6. Chiều dày và hình dạng phoi.............................................................................83

Hình 3.7. Sơ đồ khối quá trình thực nghiệm.......................................................................85

Hình 3.8. Mẫu trục vít thí nghiệm....................................................................................85

Hình 3.9. Máy tiện CNC gia công trục vít Acsimet.............................................................87

Hình 3.10. Máy mài trục vít Acsimet.................................................................................88

Hình 3.11. Đồng hồ so kiểm tra hành trình........................................................................89

Hình 3.12. Biến tần điều chỉnh.........................................................................................89

Hình 3.13: Trục vít sau gia công......................................................................................92

Hình 3.14: Bánh vít sau gia công.....................................................................................92

Hình 3.15: Mẫu thí nghiệm..............................................................................................93

Hình 3.16: Hộp giảm tốc.................................................................................................93

Hình 3.17: Trục vít kiểm nghiệm ban đầu..........................................................................94

Hình 3.18: Đo vết tiếp xúc...............................................................................................94

Hình 3.19: Quá trình mài trục vít.....................................................................................94

Hình 4.1. Đồ thị ảnh hưởng bậc nhất của các thông số chế độ cắt đến độ nhám khi mài trục vít

Acsimet thép 35CrMo...................................................................................................103

Hình 4.2. Đồ thị ảnh hưởng bậc hai của các thông số chế độ cắt đến độ nhám khi mài trục vít

Acsimet thép 35CrMo...................................................................................................104

Hình 4.3. Đồ thị ảnh hưởng chéo của các thông số chế độ cắt đến độ nhám khi mài trục vít

Hình 4.4. Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến độ nhám Ra khi mài thép

35CrMo.................................................................................................................. 105

Acsimet thép 35CrMo...................................................................................................104

Hình 4.5. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, S tới độ nhám R a khi mài thép

35CrMo....................................................................................................................... 106

Hình 4.6. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, v tới độ nhám Ra khi mài thép

35CrMo....................................................................................................................... 106

Hình 4.7. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số S, v tới độ nhám Ra khi mài thép

35CrMo....................................................................................................................... 107

Hình 4.8. Biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu Ra khi mài thép

35CrMo....................................................................................................................... 108

Hình 4.9. Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu độ nhám Ra khi mài thép 35CrMo......................108

Hình 4.10. Cân điện tử..................................................................................................110

Hình 4.11. Đồ thị ảnh hưởng bậc nhất của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi

mài trục vít Acsimet khi mài thép 35CrMo.......................................................................113

Hình 4.12. Đồ thị ảnh hưởng bậc hai của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi

mài trục vít Acsimet khi mài thép 35CrMo.......................................................................113

Hình 4.13. Đồ thị ảnh hưởng chéo của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài

trục vít Acsimet khi mài thép 35CrMo.............................................................................113

Hình 4.14. Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài thép

35CrMo....................................................................................................................... 115

Hình 4.15. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, S tới lượng hao đá khi mài thép

35CrMo....................................................................................................................... 115

Hình 4.16. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n,v tới lượng hao đá khi mài thép

35CrMo....................................................................................................................... 115

Hình 4.17. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số S, v tới lượng hao đá thép

Hình 4.18. biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu khi mài thép

35CrMo.................................................................................................................. 116

35CrMo...................................................................................................................... 116

Hình 4.19. Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu lượng tiêu hao đá khi mài thép 35CrMo............117

Hình 4.20. Ảnh hưởng của S và v đến Ra khi mài thép 38CrMo.........................................121

Hình 4.21. Ảnh hưởng của n và v đến Ra khi mài thép 38CrMo.........................................122

Hình 4.22. Ảnh hưởng của n và S đến Ra khi mài thép 38CrMo.........................................122

Hình 4.23. Ảnh hưởng của S và v đến ktd khi mài thép 38CrMo.........................................124

Hình 4.24. Ảnh hưởng của n và v đến ktd khi mài thép 38CrMo.........................................124

Hình 4.25. Ảnh hưởng của n và S đến ktd khi mài thép 38CrMo.........................................125

Hình 4.26. Ảnh hưởng của S và v đến Ra khi mài thép 40Cr..............................................127

Hình 4.27. Ảnh hưởng của n và v đến Ra khi mài thép 40Cr..............................................127

Hình 4.28. Ảnh hưởng của n và S đến Ra khi mài thép 40Cr.............................................128

Hình 4.29. Ảnh hưởng của S và v đến ktd khi mài thép 40Cr..............................................128

Hình 4.30. Ảnh hưởng của n và v đến ktd khi mài thép 40Cr..............................................129

Hình 4.31. Ảnh hưởng của n và S đến ktd khi mài thép 40Cr..............................................129

Hình 4.32. Quá trình đo vết tiếp xúc................................................................................133

Hình 4.33. Mẫu kiểm tra vết tiếp xúc khi chưa mài...........................................................135

Hình 4.34. Quá trình hình thành vết tiếp xúc khi chưa mài................................................135

Hình 4.35. Thông số đo vết tiếp xúc khi chưa mài.............................................................136

Hình 4.36. Quá trình tạo vết trên răng bánh vít chưa nhiệt luyện.......................................136

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Công thức tính trục vít và bánh vít ăn khớp với trục vít Acsimet............................24

Bảng 2.2. Các phương án cắt răng trục vít và bánh vít.......................................................26

Bảng 2.3. Lượng dư (mm) mài trục vít hình trụ (lượng dư một phía)....................................30

Bảng 2.4. Tỷ lệ nhỏ nhất của phần gốc vật liệu mài, %.......................................................38

Bảng 2.5. Phạm vi sử dụng các dụng cụ hạt mài có độ hạt khác nhau..................................38

Bảng 2.6. Độ hạt của các bột mài.....................................................................................40

Bảng 2.7. Sự phụ thuộc của sai số tương đối Δtα / tα vào tỷ số r / τ và góc α..........................46

Bảng 3.1. Thành phần hoá học của thép...........................................................................76

Bảng 3.2. Thông số hình học của trục vít...........................................................................79

Bảng 3.2. Tiêu chuẩn bảng vết tiếp xúc.............................................................................81

Bảng 3.3. Tiêu chuẩn vết tiếp xúc.....................................................................................81

Bảng 3.4. Tiêu chuẩn độ chính xác lắp ghép của bộ truyền trục vít (không điều chỉnh)..........82

Bảng 3.5. Cấp nhẵn bóng bề mặt khi mài..........................................................................84

Bảng 4.1. Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm khởi đầu..........................................99

Bảng 4.2. Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu.................................99

Bảng 4.3. Ma trận thí nghiệm và giá trị của các yếu tố khi thí nghiệm................................100

Bảng 4.4. Ma trận thực nghiệm và kết quả tính toán sau khi đo của các chỉ tiêu..................101

Bảng 4.5. Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu Ra......................................102

Bảng 4.6. Giá trị tối ưu hóa các thông số chế độ cắt và giá trị hàm mục tiêu Ra khi mài thép

35CrMo....................................................................................................................... 109

Bảng 4.7. Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu Ra khi mài thép 35CrMo......112

Bảng 4.8. Giá trị tối ưu hóa các thông số chế độ cắt và giá trị hàm mục tiêu ktd khi mài thép

35CrMo....................................................................................................................... 117

Bảng 4.9: Kết quả đo thực nghiệm trên thép 38CrMo......................................................119

Bảng 4.10. Kết quả đo độ nhám Ra sau thí nghiệm...........................................................120

Bảng 4.11. Kết quả đo độ nhám ktd sau thí nghiệm...........................................................122

Bảng 4.12. Kết quả tối ưu hoá khi mài thép 35CrMo và 38CrMo......................................125

Bảng 4.13. Ma trận thực nghiệm và kết quả tính toán sau khi đo của các chỉ tiêu................125

Bảng 4.14. Kết quả tối ưu hoá khi mài thép 40 Cr, 38CrMo và 35CrMo............................129

Bảng 4.15: Số liệu đánh giá tối ưu hoá...........................................................................131

Bảng 4.16. Kết quả vết tiếp xúc của răng trục vít Acsimet trước và sau mài.............136

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Đơn vị Giải thích

Khoảng cách tâm A mm

Khe hở hướng kính c mm

Đường kính vòng chia của trục vít, bánh vít mm d1, d2

Đường kính vòng đỉnh của trục vít, bánh vít mm de, De

Đường kính vòng đáy của trục vít, bánh vít mm di, Di

Chiều cao vòng xoắn (hoặc chiều cao răng) h mm

Chiều cao đầu vòng xoắn (hoặc chiều cao đỉnh răng) h’ mm

Chiều cao chân vòng xoắn (hoặc chiều cao chân răng) h’’ mm

Hệ số tiêu hao đá tương đối - ktd

Lượng tách kim loại khi mài g ntd

mm Modun trục vít m

mtd g Lượng tách đá khi mài

Độ nhám bề mặt µm Ra

Bán kính đỉnh ren mm re

Bán kính đáy ren mm rf

Chiều dày vòng xoắn hoặc chiều dày răng theo vòng chia mm Sa

Bước đường xoắn mm tB

Bước dọc trục mm ts

Độ mòn của đá mài U µm

Số đầu mối trục vít z -

Góc nâng đường xoắn trên hình trụ khởi xuất độ

Góc cực rad

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Giải thích

CAM Gia công được hỗ trợ bằng máy tính Computer Aided – Manufacturing

CAD Computer Aided – Design Thiết kế được hỗ trợ bằng máy tính

CNC Điều khiển số bằng máy tính Computer Numerical Control

CAE Computer Aided Engineering Quá trình kỹ thuật được hỗ trợ bằng máy tính

RP Rapid Prototyping Phương pháp tạo mẫu nhanh

CCD Charge Coupled Device Linh kiện tích điện kép

Hệ thống con điều khiển bộ nhớ chung MMCs Mass Memory Control Subsystem

Mạng nơron thích nghi mờ ANFIS Adaptive neuro fuzzy inference system

GA Genetic Algorithm Giải thuật di truyền

CLTE Hệ số tuyến tính giãn nở tuyến tính Coefficient of linear thermal expansion

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình

được thực hiện tại Viện nghiên cứu cơ khí dưới sự hướng dẫn của PGS. TS Trần

Vệ Quốc và TS. Đỗ Đình Lương

Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa

từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác.

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Người cam đoan

Trần Đình Hiếu

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản

thân, Tôi đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy giáo, cô

giáo và tập thể nghiên cứu khoa học.

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến: PGS. TS Trần Vệ Quốc và TS.

Đỗ Đình Lương là những người đã tận tình hướng dẫn, định hướng, đào tạo và

giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo ở Viện nghiên cứu cơ

khí, trường ĐH Công nghiệp Hà Nội, đã giảng dạy, chỉ bảo, góp ý và tạo điều

kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này.

Tôi xin chân thành cảm ơn phòng giao dịch công ty đá mài Hải Dương

tại The Manor Central Park, Đường Nguyễn Xiển, Đại Kim, Hoàng Mai, Hà

Nội đã tư vấn và hỗ trợ tận tình cho tôi hoàn thành luận án này.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô đồng nghiệp trong trường Đại

học Sư phạm kỹ thuật Vinh đã tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian và vật chất để

tôi hoàn thành luận án này.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính yêu và biết ơn tới đại gia đình, bạn

bè đã thực sự động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi học tập tại, nghiên

cứu tại Viện nghiên cứu cơ khí.

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Nghiên cứu Sinh

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài.

Việc ứng dụng mài là một nguyên công gia công lần cuối đã xuất hiện trước đây

khoảng 2 triệu năm, khi mà những dụng cụ thời tiền sử được sản xuất bằng quá trình mài

(chipping-abrade). Các hạt mài tự nhiên được sử dụng cho tới những năm 1980, khi mà

các quặng được phát hiện và khai thác để chế tạo Al2O3 và SiC. Các hạt mài nhân tạo tỏ

ra có nhiều ưu điểm vượt trội so với hạt mài tự nhiên vì có thể khống chế lượng tạp chất

trong đó, có thể điều khiển chất lượng của hạt mài trong quá trình sản xuất. Công nghiệp

sản xuất hạt mài đã điều khiển được các tính chất như kích thước hạt, độ bền của hạt phù

hợp với các ứng dụng mài khác nhau.

Cho đến nay đã có nhiều các công trình nghiên cứu về mài được thực hiện bởi các

nhà khoa học ở các trường đại học, viện nghiên cứu và các doanh nghiệp trong nước

cũng như trên thế giới. Khi nghiên cứu về mài các nhà nghiên cứu tập trung giải quyết

các vấn đề liên quan đến máy mài, đá mài, chi tiết mài cũng như chế độ cắt khi mài,

nhiệt cắt khi mài và dung dịch tưới nguội. Tuy nhiên các nghiên cứu trước đây chủ yếu

thực hiện nghiên cứu với trường hợp mài phẳng hoặc mài tròn ngoài, mài định hình

như: ren vít, rãnh tròn xoay, … mà chưa có nhiều những nghiên cứu chuyên sâu đối

với trường hợp mài trục vít Acsimet. Trong khi mài trục vít Acsimet có những đặc

điểm khác biệt so với các phương pháp mài thông thường

Hiện nay ngành Chế tạo máy nước ta đang phát triển rất mạnh mẽ không những

tăng về số lượng mà cả về chất lượng, trong đó chất lượng sản phẩm là tiêu chí rất quan

trọng cho việc phát triển bền vững là cơ sở quyết định đến giá thành sản phẩm. Thiết bị,

máy móc đảm bảo chất lượng, đảm bảo độ bền trong quá trình hoạt động thì yêu cầu

từng chi tiết của thiết bị, máy móc đó phải đảm bảo chất lượng theo đúng yêu cầu của

người thiết kế đặt ra. Tuy nhiên để đánh giá chất lượng chi tiết máy gồm nhiều tiêu chí

như độ chính xác về kích thước, hình dáng hình học, tính chất cơ lý, chất lượng bề mặt,

trong đó chất lượng bề mặt chi tiết máy là một chỉ tiêu rất quan trọng để nâng cao độ bền

chi tiết máy. Quan trọng nhất là các nguyên công gia công tinh, bởi vì ở các nguyên

công này các đặc tính chất lượng của lớp bề mặt được hình thành rõ nét. Điều này nói

lên tầm quan trọng của các phương pháp gia công tinh trong quy trình công nghệ và sự

cần thiết phải xác định phương pháp gia công hợp lý với chế độ cắt tối ưu. Trong gia

công chi tiết máy đang ứng dụng nhiều phương pháp gia công tinh khác nhau và thường

tập trung lại thành bốn nhóm chính là: Gia công bằng dụng cụ cắt có lưỡi; gia công bằng

các hạt mài kết dính; gia công bằng các hạt mài tự do và gia công bằng biến dạng dẻo bề

mặt. Chất lượng của bề mặt gia công của chi tiết không chỉ phụ thuộc vào tính chất cơ lý

của vật liệu mà còn phụ thuộc vào trạng thái của lớp bề mặt, các chi tiết được chế tạo từ

một loại vật liệu như nhau nhưng theo các phương pháp công nghệ và chế độ cắt khác

nhau sẽ có tính chất của lớp bề mặt khác nhau. Nói đến chất lượng bề mặt chi tiết khi gia

công là nói đến độ nhám bề mặt chi tiết, đó là một trong các tiêu chí để đánh giá chất

lượng bề mặt đặc trưng cho tính chất hình học của bề mặt gia công. Hiện nay có rất

nhiều công trình nghiên cứu đến ảnh hưởng của chế độ cắt trên các máy công cụ như

máy tiện, máy phay, máy doa, máy tiện CNC, máy phay CNC, ... Tuy nhiên thực tế có

rất nhiều chi tiết máy đòi hỏi có độ bóng bề mặt cao và thường được gia công bằng

phương pháp mài. Một trong những yêu cầu quan trọng khi gia công bằng phương pháp

mài, mài là phải chọn chế độ cắt hợp lý, cần phải tính toán và lựa chọn một cách hợp lý

khi gia công để đảm bảo tăng năng suất, nâng cao chất lượng bề mặt, độ chính xác của

chi tiết, ...

Đối với trục vít nói chung và trục vít Acsimet nói riêng mài để đạt được yêu cầu kỹ

thuật cần xác định được biên dạng của đá để mài, với các chi tiết định hình như trục vít

thì đá mài chưa được phổ biến dạng thương mại để sử dụng.

Trong đề tài tác giả sử dụng các mác thép hợp kim có hàm lượng các bon trung

bình là 40Cr, 35CrMo và 38CrMo là Các loại thép phổ biến hiện nay trong sản xuất và

chế tạo chi tiết máy [19], [2] và để xem xét sự ảnh hưởng của hàm lượng hợp kim ảnh

hưởng đến quá trình mài trục vít vì vậy sử dụng thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo

Từ những yêu cầu trên việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ

mài trục vít acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá” mang tính cấp

thiết, không chỉ phục vụ cho việc giảng dạy ở nhà trường mà còn đáp ứng cho quá trình

gia công chế tạo hiện nay tại các doanh nghiệp

2. Mục đích nghiên cứu.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc đá, vận tốc quay phôi và lượng chạy dao

hướng trục đến nhám bề mặt khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc đá, vận tốc quay phôi và lượng chạy dao

hướng trục đến lượng tiêu hao đá tương đối khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo

và 38CrMo.

- Tối ưu hóa chế độ cắt: Vận tốc quay phôi, vận tốc đá và lượng chạy dao hướng

trục đến nhám bề mặt khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo

- Tối ưu hóa chế độ cắt: Vận tốc quay phôi, vận tốc đá và lượng chạy dao hướng

trục đến hệ số tiêu hao đá tương đối khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và

38CrMo

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Nghiên cứu quá trình mài răng trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo,

đo độ nhám vết tiếp xúc bề mặt răng trục vít Acsimet thép 38CrMo sau khi đã mài bằng

đá mài cho thép sau nhiệt luyện. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt

khi mài và lượng tiêu hao đá.

4. Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về quá trình mài, các công trình nghiên cứu đã được công

bố trong và ngoài nước. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về mài và những vấn đề cơ bản của

công nghệ mài; ảnh hưởng của các thông số công nghệ, các đặc trưng của đá mài và quá

trình mòn của nó đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công trên máy mài.

- Xây dựng mô hình thí nghiệm: Xác định chi tiết để thí nghiệm, xác định phương

pháp thí nghiệm, lựa chọn thiết bị gia công, xác định biên dạng đá, thiết bị đo kiểm từ đó

xây dựng các bước tiến hành thí nghiệm.

- Nghiên cứu thực nghiệm mài bề mặt răng: Đo các thông số cần thiết phục vụ cho

quá trình nghiên cứu, đánh giá kết quả đo kiểm, xử lý và hoàn thiện số liệu.

5. Phương pháp nghiên cứu:

Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và sử dụng phần mềm chuyên dụng để xử lý kết quả

thực nghiệm và thực nghiệm chế tạo để kiểm chứng cơ sở lý thuyết.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

a. Ý nghĩa khoa học

- Nghiên cứu thực nghiệm để làm sáng tỏ các quy luật cơ lý của quá trình mài, góp

phần làm phong phú thêm cơ sở lý thuyết về mài.

- Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số công nghệ gia công trục vít với độ

nhám bề mặt răng.

- Việc thiết kế, tính toán thiết bị đo sử dụng các kỹ thuật tiên tiến, các phần mềm

chuyên dụng, hệ thống thí nghiệm làm việc ổn định và độ tin cậy cao.

b. Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu được dùng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy, nghiên cứu,

làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo và ứng dụng vào thực tế sản xuất: Xác định được

chế độ cắt tối ưu khi mài trục vít thép hợp kim và lượng tiêu hao đá tương đối tại vị trí

tối ưu.

7. Cấu trúc của luận án.

Kết cấu của luận án gồm 4 chương và phần kết luận:

- Chương 1. Tổng quan về mài ren trục vít và gia công bánh vít.

- Chương 2. Cơ sở lý thuyết về mài răng trục vít Acsimet và phương pháp đánh giá

chất lượng sau khi mài.

- Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm mài răng trục vít và gia công bánh vít.

- Chương 4. Thực nghiệm mài trục vít Acsimet và tối ưu hóa.

Kết luận và kiến nghị.

8. Các kết quả mới của luận án.

- Đề xuất được chế độ cắt tối ưu khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và

38CrMo theo độ nhám.

- Xây dựng được biên dạng đá mài trục vít Acsimet theo phương pháp kỹ thuật số.

- Xác định được chế độ mài tối ưu hoá lượng tiêu hao đá khi mài trục vít Acsimet

thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo.

- Thực nghiệm vết tiếp xúc giữa trục vít và bánh vít để đánh giá kết quả tối ưu hóa

bằng phương pháp tâm xoay.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI VÀ GIA CÔNG TRỤC VÍT ACSIMET

1.1. Giới thiệu về trục vít

Bộ truyền trục vít - bánh vít, gọi tắt là bộ truyền trục vít, được xếp vào loại truyền động răng - vít, kết hợp giữa bộ truyền bánh răng và vít. Bộ truyền trục vít thường dùng để truyền chuyển động và công suất giữa hai trục vuông góc với nhau trong không gian, hoặc chéo nhau và góc giữa hai trục thường là 90 o. Trục có rất nhiều loại với cấu tạo và ứng dụng phù hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau. Trục vít có bề mặt cơ bản cần gia công là các bề mặt trụ tròn xoay ngoài và bề mặt răng trục vít. Các bề mặt tròn xoay thường dùng làm mặt lắp ghép. Do vậy các bề mặt này thường được gia công với các độ chính xác khác nhau.

1.2. Vật liệu chế tạo trục vít

1.2.1. Khái niệm bộ truyền trục vít – bánh vít

Truyền động trục vít – bánh vít hoạt động theo nguyên lý ăn khớp truyền chuyển động và công suất giữa 2 trục chéo nhau trong không gian. Có cấu tạo bao gồm có trục vít bánh vít phối hợp với nhau cùng với sự ăn khớp giữa ren của trục vít và răng của bánh vít. Bánh vít giống như hình vẽ loại bánh răng nghiêng – thường làm bằng hợp kim màu.

Hình 1.1. Bộ truyền trục vít – bánh vít

+ Phân loại trục vít

Theo tài liệu [19] Trục vít Acsimet, được kí hiệu ZA, có góc prôfin trong mặt cắt

dọc của răng α x thường từ 14,50 đến 270 thông dụng α x = 200

Trục vít trụ thân khai, được kí hiệu Z1, có góc prôfin α n trong mặt cắt pháp của răng thanh răng đối tiếp với trục vít; Trục vít có prôfin răng phẳng trong mặt cắt pháp của răng, được kí hiệu ZN1; Trục vít có prôfin rãnh răng phẳng trong mặt cắt pháp của rãnh răng, được kí hiệu ZN2;

Trục vít trụ được tạo hình bằng mặt côn, kí hiệu ZK;

- Ưu điểm:

Trong thực tế thường sử dụng rộng rãi trục vít Acsimet ZA. Việc chế tạo trục vít ZA thường được thực hiện trên máy với dao tiện có prôfin phù hợp với prôfin gốc của trục vít và không qua mài răng. Đối với truyền động trục vít có công suất lớn cần sử dụng trục vít convôlút (ZN1, ZN2) cũng như trục vít tạo hình bằng mặt côn (ZK1). Các loại trục vít này cần được mài răng.

+ Tỷ số truyền lớn

+ Làm việc êm, không ồn

+ Có khả năng tự hãm

+ Có độ chính xác động học cao

- Nhược điểm: Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều và cần dùng loại vật liệu có khả năng chịu được ma sát lớn.

- Vật liệu chế tạo trục vít – bánh vít

Theo tài liệu [19], Vật liệu để chế tạo trục vít có thể là thép cacbon hoặc thép hợp kim kết cấu có hàm lượng cacbon trung bình như thép C45, C50, 12CrNi3A, l8CrNiWa, 20Cr, 20Cr2Ni4A (có thấm cacbon) hoặc 40Cr, 38CrMnNi, 40CrNi (được tôi), 38CrMoAlA (có thấm nitơ).

Trong trường hợp chịu tải không lớn, nhiệt độ thấp ( vt ≤ 2m/s) có thể tạo trục vít

từ thép C35, CT60, gang grafit cầu, gang xám GX21-40

Để gia tăng hiệu quả truyền động cũng như tuổi thọ của trục, chúng nên được gia

công bằng các loại máy CNC hiện đại với đa dạng loại vật liệu khác nhau.

Theo tài liệu [2] Bánh vít thường được chế tạo từ các loại vật liệu có tính chống

dính tốt và khả năng giảm ma sát. Các loại vật liệu này có thể phân làm 3 nhóm:

Nhóm 1: Đồng thanh có giới hạn bền kéo không hơn 300 MPa, gồm có:

a) Đồng thanh nhiều thiếc (6 - 10% Sn) như БpОФ 10-1 và БpОHФ, các loại đồng này có tính chống dính tốt nhưng do đắt và hiếm nên chỉ dùng khi vận tốc trượt lớn (v s = 5… 25 m/s).

b) Đồng thanh thiếc kẽm chì (chứa thiếc từ 3 đến 6%) như БрОЦС 6-3-3 hoặc БрОЦС 5-5-5 dùng khi vận tốc trượt = 5…12 m/s.

Nhóm II: Đồng thanh không thiếc và đồng thau có giới hạn kéo lớn hơn 300 MPa, chẳng hạn đồng thanh nhôm sắt БpА Ж 9-4, đồng thanh nhôm sắt niken БpА ЖH 10-4- 4, đồng thau ЛМцC 58-2-2, ЛМцO 58-2-2 v.v…

Các loại vật liệu này có cơ tính tốt, rẻ hơn đồng thanh thiếc nhưng tính chống dính kém nên chỉ sử dụng khi vận tốc trượt v s ¿ 5 m/s. Để tăng khả năng chống dính và giảm mòn, trục vít ăn khớp với bánh vít làm bằng vật liệu nhóm II này cần được mài và đánh bóng cẩn thận, đồng thời cần có độ rắn cao (HRC ≥ 45)

Nhóm III: Gang xám tương đối mềm như: Cч 12-28, Cч 15-32, Cч 18-36, dùng thích hợp cho các bộ truyền chậm tải thấp với vs ¿ 2 m/s.

Trục vít được chế tạo bằng các loại thép cacbon chất lượng tốt và thép hợp kim. Khi tải trọng trung bình hoặc nhỏ, có thể dùng thép tôi cải thiện độ rắn HB ¿ 350, chẳng hạn thép 45, 50, 35XM v.v, để chế tạo trục vít sau khi cắt ren trục vít không được mài.

Khi tải trọng lớn hơn hoặc trung bình, dùng trục vít chế tạo bằng thép cacbon trung bình (45, 40X, 40XH, v.v) được tôi bề mặt hoặc thể tích đạt độ rắn 40 ... 55 HCR hoặc thép cacbon đạt độ rắn 58 ... 63 HCR (thép 15X, 20X, 12XH3A, 18XΓT v.v) Sau khi tôi hoặc thấm than, bề mặt ren trục vít được mài và đánh bóng

+ Phổ biến trục vít thường sử dụng vật liệu thép tôi + ram, bánh vít sử dụng hợp kim đồng thiếc hoặc đồng nhôm + sắt hoặc đồng Niken. Trong các trường hợp đặc biệt bánh vít làm bằng thép tôi + ram, trục vít làm bằng đồng hoặc gang hợp kim. Ví dụ trong máy dập thuốc viên.

Hình 1.2. Trục vít làm bằng thép

+ Bánh vít bằng nhựa được sử dụng cho các tải trọng cực nhẹ như linh kiện ô tô và robot. Khi ghép nối với trục kim loại, chúng có hiệu suất hoạt động êm hơn và không cần bôi trơn. Ngoài ra, trục bằng nhựa còn chống ăn mòn và hóa chất.

+ Trục vít bằng thép không gỉ được làm bằng thép SUS 304 và SUS 316. Vì tính năng không gỉ, chúng lý tưởng cho các điều kiện ẩm ướt. Vật liệu này thường được sử dụng cho ngành thực phẩm, đồ uống, dược phẩm, y tế, hoá chất, …

- Ứng dụng của bộ truyền trục vít – bánh vít

Dựa vào tính năng của trục vít, mà nó có các ứng dụng sau:

Vì khả năng ít gây tiếng ồn, trục phù hợp cho các ứng dụng trong đời sống.

Trục có khả năng dừng lại nhanh. Điều này phù hợp cho quá trình vận hành của

thang máy.

Thiết kế nhỏ gọn thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu hiệu quả cao nhưng không

gian hạn chế.

Thích hợp cho các xe địa hình và xe xây dựng yêu cầu lượng mô-men xoắn khác

nhau.

Sử dụng làm vô lăng xe ô tô, chi tiết máy …

Hình 1.3. Ứng dụng bộ truyền trục vít – bánh vít

Trục vít – bánh vít với nhiều loại cùng cấu tạo chắc chắn và đa dạng ứng dụng đã và đang là giải pháp truyền động được ưa chuộng hiện nay. Trục vít – bánh vít được làm bằng các loại vật liệu khác nhau sẽ phù hợp với nhiều mục đích sử dụng và hiệu quả truyền động riêng biệt. Do đó cần nắm rõ cấu tạo cũng như những ứng dụng và vật liệu cấu thành chúng để có thể lựa chọn loại trục vít phù hợp nhất.

Tuy nhiên bộ truyền trục vít cũng tồn tại những nhược điểm không nhỏ như: Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều do vận tốc trượt lớn. Ngoài ra thì giá thành chế tạo đắt do vật liệu chế tạo bánh vít thường là kim loại màu để giảm ma sát. Vậy nên vật liệu được sử dụng chủ yếu để chế tạo bộ truyền trục vít – bánh vít hiện nay ngoài thực tế đó là: Trục vít thường làm bằng thép; Bánh vít thường làm bằng hợp kim màu, cụ thể là hợp kim của đồng (đồng thanh), để tiết kiệm kinh phí có thể làm bánh vít từ thân bằng thép và vành ngoài bằng kim loại màu rồi liên kết 2 phần này với nhau. Thực tế thì trục vít (thường là trục dẫn động) được làm bằng thép và liền với trục vì chịu tải lớn, còn bánh vít (thường là bánh bị dẫn động, nhận chuyển động từ trục vít).

Trong đề tài nghiên cứu trục vít Acsimet modun trục vít có các thông số cơ bản:

m = 3; Số đầu mối z = 1; đường kính đỉnh d a1 = 38 mm

1.2.2. Thép hợp kim, đặc điểm và ứng dụng

Thép hợp kim là thép (với thành phần chính là sắt và cacbon) được nấu pha trộn với các nguyên tố hoá học khác (Crom, Mo, đồng, mangan, niken, ...). Tuỳ theo số lượng khác nhau của các nguyên tố và tỷ lệ của chúng trong thép mà thay đổi độ cứng, độ đàn hồi, tính dễ uốn, sức bền và khả năng chống oxy hóa của thép thành phẩm.

Tại Nga, Trung Quốc và một số nước phương Đông, thép hợp kim được chia làm 3 nhóm: thép hợp kim thấp, thép hợp kim trung bình và thép hợp kim cao. Ở phương Tây chỉ phân biệt hai loại thấp và cao. Sự khác nhau giữa hai loại này không có sự ranh giới rõ ràng. Theo tiêu chuẩn của Nga, thép hợp kim thấp có tổng lượng hợp kim nhỏ hơn 2,5%, ở thép hợp kim cao tỉ lệ này lớn hơn 10%

- Đặc tính của thép hợp kim:

Các nguyên tố có lợi được đưa vào một cách đặc biệt với lượng đủ lớn như vậy được gọi là nguyên tố hợp kim. Chúng bao gồm các nguyên tố với hàm lượng lớn hơn các giới hạn cho từng nguyên tố (không có giá trị chung cho mọi nguyên tố)

Thép 40Cr được sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy. Sau khi làm nguội và tôi luyện, nó sẽ có được đặc tính cơ học tốt và độ bền va đập ở nhiệt độ cao và độ cứng của nó là tốt. Sau khi làm nguội dầu, giới hạn mỏi sẽ cao hơn. Ngoài ra, giá thành không cao, dễ gia công. Sau khi xử lý nhiệt thích hợp, nó sẽ có độ dẻo dai, dẻo và chống mài mòn tốt. Loại thép tương đương của 40Cr là 40MnB, 45MnB, 35SiMn, 42SiMn, 40MnVB, 42MnV, 40MnMoB, 40MnWB, v.v.

Do tính cân bằng tốt giữa độ bền, độ dẻo và khả năng chống mài mòn, thép 35CrMo, 38CrMo được sử dụng rộng rãi để chế tạo các bộ phận quan trọng làm việc trong môi trường khắc nghiệt, ví dụ: trục truyền động, bánh răng và ổ trục thường chịu ứng suất chu kỳ cao, tải trọng lớn, và ăn mòn môi trường xung quanh.

- Theo tài liệu [20, 21] Chọn vật liệu để chế tạo trục vít và bánh vít là tùy thuộc trị số của tải trọng, vận tốc trượt và khả năng cung cấp vật liệu. Với tải trọng tương đối lớn, vận tốc nhỏ nên dùng đồng thanh nhôm sắt để chế tạo bánh vít, dùng thép hợp kim và thép cacbon chất lượng tốt để chế tạo trục vít, sau khi cắt răng, trục vít được tôi hoặc thấm cacbon đạt độ rắn cao (HRC ¿ 45) sau đó được mài và đánh bóng. Chọn vật liệu và công nghệ chế tạo như vậy sẽ làm cho kích thước bộ truyền gọn hơn, tăng khả năng chống dính và giảm mòn mặt ren bánh vít. Ngược lại, khi bộ truyền chịu tải trọng nhỏ hơn nhưng với vận tốc trượt lớn hơn nên dùng các loại đồng thanh thiếc để chế tạo bánh vít, trục vít thép có thể được tôi hoặc thấm cacbon đạt độ rắn cao (HRC ¿ 45), được mài và đánh bóng, hoặc được tôi cải thiện với độ rắn thấp hơn (HB ¿ 350 ¿ và không mài.

1.3. Gia công mài

1.3.1. Khái niệm mài

Mài là một trong những phương pháp gia công kim loại quan trọng mà ngày nay

chủ yếu được thực hiện trên các máy mài công nghệ mới.

Hiện nay, các quá trình gia công kim loại này được thực hiện chủ yếu trên các máy cắt gọt kim loại. Ngày càng có nhiều công nghệ mới được áp dụng vào ngành gia công cơ khí do đó, các loại máy móc ngày càng được nâng cấp, cải thiện và thực hiện được nhiều nhiệm vụ trong hàng loạt những thao tác cắt gọt vật liệu.

1.3.2. Kỹ thuật mài

Mài là một trong những hình thức gia công kim loại cơ bản. Để mài chi tiết, người ta thường sử dụng đá mài. Đá mài sẽ lấy đi một lớp kim loại siêu mỏng trên bề mặt chi tiết, làm nhẵn mịn chi tiết và thông thường sau gia công mài, sản phẩm sẽ có độ bóng trên bề mặt rất cao. Các loại máy mài càng hiện đại thì đá mài của chúng càng có thể gọt đi những lớp kim loại rất mỏng. Các máy mài công nghệ cao có thể đạt đến độ chính xác khi gia công khoảng 0,001mm. Phương pháp mài có thể được thực hiện trên những vật liệu từ cứng đến rất cứng (ví dụ như thép hợp kim đã nhiệt luyện…). Phương pháp được áp dụng khi ta không thể dùng một phương pháp nào khác để tạo bề mặt nhẵn và bóng cho chi tiết có độ mỏng nhất định. Hiện nay chúng ta có những phương pháp mài cơ bản, đó là mài mặt ngoài các chi tiết có dạng hình trụ, mài mặt ngoài các chi tiết có hình chóp tròn, mài lỗ chi tiết (mài bên trong) và mài mặt phẳng (như bàn rà, thước thẳng, thước đo góc…). Trong đề tài tác giả nghiên cứu quá trình mài răng trục vít dạng Acsimet là biên dạng đặc biệt mà trong nước chưa có công trình khoa học nghiên cứu và công bố hiện nay.

1.3.3. Gia công cơ khí bằng phương pháp mài

Gia công cơ khí bằng phương pháp mài có hai dạng, đó là mài thô và mài tinh.

- Mài thô: Đây là giai đoạn gia công sơ bộ một vật, được thực hiện trong một thời gian ngắn, đơn giản chỉ là loại bỏ bớt phần kim loại thừa. Yêu cầu khi thực hiện mài thô chính là trong thời gian ngắn nhất làm sao để loại bỏ được nhiều lớp kim loại nhất. Bề mặt vật không nhẵn, mịn và độ chính xác của sản phẩm còn thấp.

- Mài tinh: Mài tinh là quá trình gia công một cách chi tiết, kỹ lưỡng mặt ngoài của sản phẩm. Sau khi gia công tinh, sản phẩm có độ bóng cao và độ chính xác cần thiết. Mài tinh làm mất các vết sinh ra bởi gia công mài thô. Để sản phẩm đạt độ chính xác cao như yêu cầu, sau khi mài thô người ta tiến hành mài tinh sản phẩm thêm nhiều lần nữa.

1.3.4. Mài trục vít

Quá trình mài răng được thực hiện khi độ cứng của vật liệu cao khiến cho phải cắt

răng với các phương pháp khác nhau hoặc dụng cụ cắt đơn điểm không thể cắt được.

Phương pháp mài răng cho kết quả độ chính xác cao và có thể đạt được độ bóng

bề mặt cao hơn so với phương pháp gia công khác.

Hình 1.4. Phương pháp mài trục vít

Được gia công trên máy mài răng chuyên dùng; Nó kết hợp một đường dẫn vít chính xác để đưa ra bước răng chuẩn hoặc đường dẫn trên đoạn có ren. Máy mài răng cũng có nghĩa là chỉnh sửa hoặc sửa lưỡi cắt của bánh đá mài vì vậy nó sẽ gia công chính xác biên dạng răng. Bánh đá mài được sử dụng để mài là bánh đá mài có sườn (sống) mài đơn hoặc bánh đá mài có nhiều sườn mài như hình 1.4. Loại bánh đá mài có sườn mài đơn được sử dụng để mài những răng có chiều dài lớn (bước lớn) và yêu cầu răng có chiều dài theo chiều dọc trục lớn. Còn loại đá mài có nhiều sườn mài được sử dụng mài có bước ngắn (loại răng có chiều dài ngắn). Bánh đá mài được đưa nghiêng (tiến nghiêng) so với phôi trong quá trình mài răng. Vì vậy với trục vít Acsimet cần xác định được hình dạng của sườn mài sao cho phù hợp và đạt được yêu cầu kỹ thuật

1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Mài là một trong những phương pháp gia công tinh quan trọng nhất. Trải qua quá trình phát triển của mình, công nghệ mài đã có những bước phát triển vượt bậc. Các máy mài ngày càng được hoàn thiện, chất lượng đá mài ngày càng cao, phương pháp mài ngày càng có vị trí quan trọng trong các quá trình sản xuất cơ khí. Có thể nói mài là một trong những nguyên công quan trọng nhất quyết định đến chất lượng sản phẩm. Điều này đã được nhấn mạnh trong các cuốn sách chuyên khảo về mài cũng như trong các giáo trình công nghệ chế tạo máy ở Việt Nam và giáo trình quá trình sản xuất cơ khí trên thế giới [10, 28- 30].

1.4.1. Tình hình nghiên cứu công nghệ mài ngoài nước

Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu về mài. Các lĩnh vực nghiên cứu về mài rất đa dạng. Khi nghiên cứu về mài, các nhà nghiên cứu tập trung giải quyết các vấn đề liên quan đến máy mài, đá mài, chế độ cắt, nhiệt cắt và dung dịch tưới nguội… Một số hướng nghiên cứu chính đó là:

- Hướng nghiên cứu 1: Nghiên cứu về máy mài trong đó tập trung nghiên cứu về độ chính xác gia công khi mài, nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới trong các lĩnh vực điều khiển, … để hướng đến giám sát và tự động hóa quá trình mài, tối ưu hóa quá trình mài.

Trong tài liệu [47] đã thực hiện nghiên cứu về phương pháp mài vô tâm để mài các chi tiết dạng tròn xoay. Đặc biệt, trong công trình nghiên cứu này tác giả đã thực hiện nghiên cứu ứng dụng phương pháp mài vô tâm chạy dao ngang định vị chi tiết trên các giá đỡ cố định để mài rãnh lăn vòng bạc ổ bi cầu.

Như vậy, trong tài liệu [47], đã chỉ ra được các ưu điểm của phương pháp mài định hình rãnh lăn vòng bạc ổ bi cầu định vị trên các giá đỡ cố định. Đồng thời, đã phân tích và đánh giá được ảnh hưởng của các góc gá đặt giá đỡ trên máy đến độ chính xác hình đáng hình học mặt cắt ngang của chi tiết mài. Từ đó đưa ra được bộ thông số gá đặt tối ưu các giá đỡ cố định. Tuy nhiên, trong tài liệu tác giả chưa nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài.

Năm 1981, tài liệu [33] đã nghiên cứu về các vấn đề thường gặp phải trong quá trình mài định hình. Nhóm tác giả đã chỉ ra được các yếu tố hình học chính của đá khi mài tiến dao nghiêng để mài mặt trụ và mặt đầu trên máy mài tròn ngoài như: Chiều rộng đá ap, đường kính trung bình ds và góc nghiêng β. Từ đó tác giả đã chỉ ra được quan hệ giữa chiều dài cung tiếp xúc lý thuyết lk với góc nghiêng β đối với các đường kính phôi khác nhau. Đồng thời xây dựng được đồ thị mối quan hệ thực nghiệm giữa độ nhám bề mặt của chi tiết mài với thông số góc nghiêng β ứng với một số điều kiện mài nhất định.

Năm 2010, trên cơ sở kết quả nghiên cứu trong tài liệu [48] đã tiếp tục thực hiện nghiên cứu ứng dụng phương pháp mài định hình vô tâm định vị chi tiết trên 2 giá đỡ cố định để mài định hình rãnh lăn vòng bạc ổ bi cầu.

Tài liệu [48] nhận thấy, trong suốt quá trình mài, bề mặt gia công của vòng bạc phải luôn tiếp xúc với 2 giá đỡ và đá mài. Độ chính xác hình đáng hình học của rãnh lăn ở đây bị ảnh hưởng nhiều bởi độ ổn định của vòng bạc vòng bi trên các giá đỡ trong suốt quá trình mài. Do đó, khi điều chỉnh quá trình mài tinh trên 2 giá đỡ cố định, tài liệu [48] đã tập trung nghiên cứu các giải pháp nhằm đảm bảo vị trí ổn định của vòng bạc. Tác giả đã đưa ra sơ đồ vị trí các lực tác dụng lên vòng bạc vòng bi trong quá trình mài vô tâm bề mặt ngoài trên 2 giá đỡ cố định và xác định góc λ của lực ép Q. Trong đó, lực ép Q

được tạo ra là do độ lệch tâm e giữa tâm quay của phôi gia công và tâm A của cực từ để duy trì sự tiếp xúc liên tục giữa phôi và hai giá đỡ cố định. Lực Q phụ thuộc vào độ lệch tâm e, vận tốc góc ɷ, áp lực R, hệ số ma sát giữa cực từ và phôi gia công.

Ngoài ra, trong tài liệu [49] tác giả đã tiến hành phân tích sự hình thành biên dạng mặt cắt ngang của chi tiết khi mài định hình vô tâm rãnh lăn vòng bạc ổ bi cầu định vị trên các giá đỡ cố định. Từ đó đánh giá ảnh hưởng của sai lệch hình dạng hình học ban đầu của phôi và góc gá đặt các giá đỡ cố định trên máy đến sai lệch độ tròn của chi tiết khi mài vô tâm chạy dao ngang trên các giá đỡ cố định. Tác giả đã đưa ra kết luận đối với phôi có các dạng méo 2, 3, 4 và 5 cạnh thì góc điều chỉnh tối ưu nằm trong khoảng từ 700 đến 1200. Như vậy, đã phân tích lực và các yếu tố hình thành mặt cắt ngang khi mài định hình vô tâm định vị trên các giá đỡ cố định. Trên cơ sở đó, tác giả đã đề xuất việc lựa chọn các thông số gá đặt nhằm đảm bảo vị trí ổn định của phôi trong suốt quá trình mài và giảm thiểu sai số gá đặt phôi. Tuy nhiên, trong tài liệu này tác giả cũng chưa thực hiện nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn chi tiết mài.

- Hướng nghiên cứu 2: Nghiên cứu về đá mài trong đó tập trung nghiên cứu về chiến lược lựa chọn cặp vật liệu đá mài và phôi, nghiên cứu chế tạo các loại đá mài từ các vật liệu hạt mài mới có độ cứng và khả năng cắt cao, nghiên cứu nâng cao chất lượng chế tạo đá mài và hoàn thiện kết cấu của đá mài… Theo hướng nghiên cứu trên, một số các công trình khoa học tiêu biểu như sau:

Trong tài liệu [25] đã trình bày những kinh nghiệm đạt được khi sử dụng các đá mài kim cương một lớp để mài định hình chính xác các chi tiết có hình dạng phức tạp từ những vật liệu cứng trên máy mài phẳng. Trong nghiên cứu này, tác giả đã tìm hiểu một số các dạng đá mài kim cương định hình để mài một số dạng chi tiết khác nhau. Qua thực nghiệm, tác giả đưa ra kết luận việc sử dụng đá mài kim cương định hình đã giúp giảm được 40% khối lượng công việc, giảm được 50% thời gian gia công và 25% chi phí gia công. Đồng thời tác giả cũng tiến hành khảo sát đánh giá đặc tính mòn đá và năng suất mài với đá mài có các độ hạt khác nhau. Ngoài ra, trong nghiên cứu này tác giả cũng đã xây dựng được mối quan hệ giữa tốc độ ăn dao và năng lượng tiêu thụ với tốc độ quay của đá mài khi mài định hình bằng đá mài kim cương. Tuy nhiên, tác giả mới chỉ tiến hành khảo sát với trường hợp mài định hình trên máy mài phẳng, chưa đưa ra được phương pháp để đo lượng mòn của đá mài, chưa khảo sát đánh giá ảnh hưởng của chế độ mài đến mòn đá và độ chính xác của chi tiết.

Năm 2005, tài liệu [23] đã nghiên cứu phát triển một loại vật liệu hạt mài CBN đa tinh thể mới. Từ đó, nhóm tác giả đã tiến hành thử nghiệm mài định hình một rãnh hình

chữ V trên máy mài phẳng để đánh giá hiệu quả cắt của vật liệu hạt mài CBN mới. Tuy nhiên, tài liệu [23] mới chỉ thực hiện khảo sát đối với trường hợp là mài định hình trên máy mài phẳng mà chưa thực hiện khảo sát đối với các trường hợp mài khác như mài định hình tròn xoay ngoài, mài định hình lỗ … Đặc biệt, yếu tố mòn của đá mài cũng như ảnh hưởng của các yếu tố chế độ công nghệ đến năng suất gia công, độ chính xác của chi tiết mài và tuổi bền của đá mài chưa được nghiên cứu khảo sát trong tài liệu [21].

- Hướng nghiên cứu 3: Nghiên cứu về phương pháp đo mòn đá để từ đó đánh giá

ảnh hưởng của mòn đá đến độ chính xác của chi tiết và xác định tuổi bền của đá mài.

Trong các công trình nghiên cứu trước đây, một số phương pháp đo mòn đá dựa trên các nguyên tắc khác nhau đã được nghiên cứu. Trong đó có một số phương pháp đo mòn đã được phát triển dựa trên nguyên lý của sóng âm, sóng siêu âm ở tài liệu [22] và hiện tượng điện dung ở tài liệu [31]. Gần đây, máy ảnh CCD theo các tài liệu [45, 35, 26] cũng đã được sử dụng để giám sát trực tiếp hình ảnh lưỡi cắt của đá mài nhằm đánh giá mòn đá. Tất cả các phương pháp trên đều rất phù hợp với việc thực hiện đo trong điều kiện phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, chúng không đảm bảo được độ chính xác khi ứng dụng đo mòn trực tiếp trong quá trình mài ướt cần độ chính xác cao do ảnh hưởng bất lợi của dung dịch mài, lực cắt và phoi mài khi gia công trong điều kiện mài có tưới dụng dịch trơn nguội. Một hạn chế lớn khác của các phương pháp đo này là chúng tương đối đắt tiền.

Năm 1996, trong tài liệu [27] đã nghiên cứu phát triển một hệ thống thông minh trên cơ sở mạng noron nhân tạo để lựa chọn các điều kiện mài. Tuy nhiên, tài liệu [27] chưa thực hiện nghiên cứu đối với trường hợp mài định hình.

Năm 2009, trong tài liệu [24] đã thực hiện đánh giá các đặc trưng trong quá trình mài vật liệu phi truyền thống MMCs. Từ đó, nhóm tác giả đã đưa ra được các hàm quan hệ thực nghiệm giữa các thành phần lực cắt và độ nhám bề mặt chi tiết với các thông số đặc trưng trong quá trình mài MMCs. Đồng thời, nhóm tác giả cũng đã xây dựng được mối quan hệ thực nghiệm giữa độ nhám bề mặt chi tiết với thành phần lực tiếp tuyến riêng. Đây sẽ là cơ sở lý thuyết để hướng đến ý tưởng giám sát độ nhám bề mặt chi tiết mài thông qua lực tiếp tuyến đo được trong quá trình mài. Các hàm quan hệ thực nghiệm này có thể được sử dụng để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến

quá trình mài cũng như chất lượng gia công của các vật liệu phi truyền thống MMCs. Tuy nhiên, các dữ liệu thí nghiệm mới chỉ dừng lại ở việc tiến hành thực nghiệm trên máy mài phẳng.

Năm 2011 trong tài liệu [20] đã nghiên cứu ứng dụng mô hình mạng mờ nơron (ANFIS) để xác định độ nhám bề mặt trong quá trình mài. Các dữ liệu trong mô hình có được từ kết quả thực nghiệm khi tiến hành thí nghiệm với đá mài được thực hiện sửa đá bằng mũi kim cương sửa đá. Trong đó, các thông số đầu vào của mô hình là tốc độ quay của dụng cụ sửa đá, chiều sâu cắt và tốc độ cắt khi sửa đá; thông số đầu ra là độ nhám bề mặt. Trong quá trình thí nghiệm, các thông số trong quá trình mài là không đổi và chỉ có các thông số trong quá trình sửa đá là thay đổi. Trên cơ sở đó, một mô hình mạng ANFIS với 64 luật đã được thực hiện để dự đoán giá trị độ nhám bề mặt ứng với ba thông số sửa đá khác nhau là tốc độ cắt, chiều sâu cắt và lượng chạy dao. Các giá trị độ nhám bề mặt do ANFIS dự đoán có kết quả sát với các kết quả thu được từ thực nghiệm. Tuy nhiên, mô hình này chưa xét đến ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt khi mài đến mòn đá và độ nhám bề mặt chi tiết. Trong khi đây là những thông số có ảnh hưởng nhiều đến kết quả mài.

Như vậy, các công trình nghiên cứu ở trên sẽ giúp xác định được mối quan hệ giữa các thông số chế độ công nghệ với các kết quả đầu ra của quá trình mài. Tuy nhiên đây mới chỉ là bước đệm để hướng đến xác định chế độ cắt tối ưu. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật thì việc ứng dụng các thành tựu trong lĩnh vực công nghệ thông tin đã mang đến những hướng nghiên cứu mới để giải bài toán tối ưu trên.

Năm 2002, trong công trình nghiên cứu [32] đã ứng dụng giải thuật di truyền (GA) để giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu cho quá trình mài phẳng thép cacbon, dựa trên một số hàm lý thuyết đã được xây dựng trước đó (như hàm năng suất, hàm giá thành, hàm độ nhám).

Sau đó, năm 2007 trong công trình nghiên cứu [36] cũng đề cập và giải quyết các vấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu quá trình mài phẳng tương tự như trong công trình nghiên cứu [32], chỉ khác ở chỗ công trình nghiên cứu khác là giải quyết bài toán trong phạm vi hẹp và sâu hơn đó là tập tối ưu Pareto tức xét trong vùng lời giải khả thi mà không có lời giải nào vượt trội hơn.

1.4.2. Tình hình nghiên cứu công nghệ mài trong nước

trong những nguyên công quan trọng nhất quyết định đến chất lượng sản phẩm. Điều này đã được nhấn mạnh trong các cuốn sách chuyên khảo về mài cũng như trong các giáo trình Công nghệ chế tạo máy ở Việt Nam và giáo trình quá trình sản xuất cơ khí trên thế giới [16].

- Hướng nghiên cứu 1: Theo tài liệu [16] nghiên cứu về máy mài trong đó tập trung nghiên cứu về độ chính xác gia công khi mài, nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới trong các lĩnh vực điều khiển, … để hướng đến giám sát và tự động hóa quá trình mài, tối ưu hóa quá trình mài.

Năm 1996 trong tài liệu [12] đã tiến hành nghiên cứu xây dựng phương pháp đánh giá tính cắt gọt của đá mài từ đó đưa ra các tiêu chí để lựa chọn cặp đá mài – vật liệu gia công thích hợp. Sau đó, năm 2006 trong nghiên cứu [1] đã đưa ra một phương pháp mới để lựa chọn đá mài có độ cứng thích hợp với vật liệu gia công dựa trên việc đánh giá khả năng cắt của đá mài bằng việc sử dụng hệ số lực cắt. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu này chỉ thực hiện khảo sát đối với trường hợp mài phẳng và mài tròn ngoài mà chưa thực hiện nghiên cứu khảo sát với trường hợp mài định hình.

Gần đây, năm 2017 tài liệu [11] khi thực hiện luận án của mình đã đưa ra một phương pháp chế tạo mới cùng với một bộ thông số công nghệ để chế tạo đá mài CBN đơn lớp liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện Niken. Đồng thời đánh giá được ảnh hưởng của một số thông số công nghệ cơ bản trong quá trình mạ điện Niken đến sự phân bố các hạt mài trên bề mặt đá mài chế tạo. Tuy nhiên, ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng của chi tiết mài chưa được thực hiện nghiên cứu.

- Hướng nghiên cứu 3: Nghiên cứu về phương pháp đo mòn đá để từ đó đánh giá

ảnh hưởng của mòn đá đến độ chính xác của chi tiết và xác định tuổi bền của đá mài.

Trong nước, khi nghiên cứu về mòn đá và đo lượng mòn của đá mài các công trình khoa học trước đây cũng đã đưa ra một số giải pháp và kỹ thuật đo khác nhau ở các tài liệu [5]. Trong tài liệu [13] đã xây dựng được hệ thống đo mòn của đá mài bằng đầu đo lazer trên máy mài tròn ngoài. Từ đó xác định được lượng mòn của đá mài và lượng mòn tổng cộng của đá mài sau mỗi hành trình mài. Trên cơ sở đó tài liệu [13] đã xây dựng được đồ thị mối quan hệ giữa tuổi bền của đá mài với chế độ công nghệ mài, cũng như đồ thị quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết mài với chế độ công nghệ mài ứng với các

thời điểm mài khác nhau. Tuy nhiên, thiết bị đo này có giá thành rất cao và thường chỉ giới hạn ở dạng mài khô vì khi mài ướt thì dung dịch trơn nguội, phoi mài và các tạp chất thường làm nhiễu ánh sáng, hấp thụ ánh sáng. Các tia sáng thường bị phản xạ lệch trên các bề mặt cong hoặc nghiêng, gây khó khăn cho phép đo và làm tăng sai số đo.

Trong tài liệu [8, 14], đã xây dựng được hệ thống đo mòn của đá mài bằng đầu đo khí nén trên máy mài phẳng. Trên cơ sở đó, trong tài liệu [8] đã xây dựng được hàm số cũng như đồ thị quan hệ giữa độ mòn tuyệt đối và độ mòn tương đối với chế độ cắt khi mài. Tuy nhiên, hệ đầu đo khí nén trong các tài liệu trên chỉ thực hiện đo mòn tại một điểm trên bề rộng mặt trụ của viên đá mài khi mài phẳng. Ngoài ra, trong tài liệu [14] thực hiện lấy tín hiệu đo mòn như sau: Từ tín hiệu áp suất đo được trong buồng đo nhờ cảm biến áp suất sẽ được chuyển thành tín hiệu điện. Sau đó, tín hiệu điện này được ghi lại trên giấy ảnh của máy đo dao động ký. Trên cơ sở hiệu chỉnh đầu đo được thiết lập ban đầu, lượng mòn của đá mài sẽ được xác định bằng cách đo độ cao của các điểm tín hiệu điện ghi được trên giấy ảnh nhờ máy đo dao động ký. Do đó, phương pháp thu nhận và xử lý tín hiệu đo ở đây khó có thể hướng đến điều khiển thích nghi bù tự động lượng mòn của đá mài trong quá trình gia công. Trong tài liệu [8] khi thực hiện đo mòn trên máy mài phẳng chưa đưa ra được giải pháp thu nhận và xử lý tín hiệu đo để đo mòn đá trực tuyến trong quá trình mài.

Để khắc phục nhược điểm trên, gần đây vào năm 2017 trong tài liệu [5] đã thực hiện giám sát mòn đá trên máy mài phẳng khi mài hợp kim Titan. Tuy nhiên, trong luận án này tác giả thực hiện giám sát mòn đá khi mài phẳng thông qua lực cắt đo được trong quá trình mài. Ban đầu, tác giả thực hiện đo lượng mòn hướng kính của đá mài ở trạng thái tĩnh sau khi đã kết thúc quá trình mài cho trường hợp mài phẳng bằng mặt trụ của đá. Điểm nổi bật đạt được trong tài liệu [5] là tác giả đã đưa ra được một giải pháp để giám sát trực tuyến mòn đá trong quá trình mài phẳng. Tuy nhiên, việc giám sát mòn đá thông qua lực cắt đo được trong quá trình mài, trên cơ sở hàm mối quan hệ xây dựng được giữa lực cắt với mòn đá từ giá trị mòn của đá mài đo được ở trạng thái tĩnh sẽ khó đảm bảo được độ chính xác cao.

- Hướng nghiên cứu 4: Nghiên cứu về các yếu tố công nghệ và xác định ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến độ chính xác gia công cũng như tuổi bền của đá mài... từ đó hướng đến việc xác định chế độ công nghệ tối ưu. Đây là một trong những hướng nghiên cứu được rất nhiều nhà khoa học ở Việt Nam quan tâm. Tại Việt Nam, các nghiên cứu về mài theo hướng trên cũng được thực hiện từ rất sớm. Trong những năm gần đây, một số công trình nghiên cứu tiêu biểu về mài theo hướng nghiên cứu trên như sau.

Năm 2002, trong công trình nghiên cứu [7] đã xây dựng được các chỉ tiêu để xác

định tuổi bền của đá mài. Từ đó, tác giả thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi sửa đá đến tuổi bền của đá mài. Đồng thời trên cơ sở thực nghiệm được thực hiện trên máy mài tròn ngoài, tác giả đã xây dựng được đồ thị biểu thị quy luật biến đổi của các thành phần lực cắt theo số chu trình mài. Từ đó tác giả đã xác định được tuổi bền của đá mài. Đây là cơ sở để hướng đến việc xác định chế độ công nghệ hợp lý khi sửa đá.

Năm 2006, trong tài liệu [1] đã thực hiện nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt theo tiêu chí tuổi bền của đá mài khi mài tinh thép ШХ15 trên máy mài tròn ngoài bằng đá mài Hải Dương Cn46 TB1.G.V1.400X40X.203.50 m/s. Tuy nhiên, bài toán tối ưu hóa ở đây được giải khi các tham số mài chưa được xét đầy đủ tất cả ràng buộc. Trong bài báo này bài toán tối ưu chỉ được xét với duy nhất một ràng buộc là độ nhám bề mặt của chi tiết đảm bảo yêu cầu cho trước.

Sau đó, trong luận án [3] đã xác định được ảnh hưởng của chế độ cắt đến một số thông số đặc trưng cho quá trình cắt khi mài thép ШХ15 và X12M bằng đá mài Hải Dương trên máy mài tròn ngoài. Tuy nhiên, tài liệu [3] chưa thực hiện nghiên cứu với trường hợp mài định hình.

Năm 2015 khi nghiên cứu về mài thép hợp kim trên máy mài tròn ngoài công trình nghiên cứu [9] đã ứng dụng giải thuật di truyền (GA) để xây dựng bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu. Trên cơ sở đó, tác giả đã xác định được chế độ cắt tối ưu nhằm đảm bảo năng suất gia công và độ nhám của chi tiết mài khi mài thép hợp kim trên máy mài tròn ngoài.

Nhận xét: Với điều kiện sản xuất cơ khí Việt Nam hiện nay, khi vốn đầu tư cho sản xuất còn gặp nhiều khó khăn thì một trong những yêu cầu đặt ra là cần tìm được giải pháp để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong quá trình sản xuất, trên cơ sở điều kiện kỹ thuật công nghệ hiện có. Trong khi, với một hệ thống công nghệ được đầu tư nhất định thì chế độ cắt cùng với một số yếu tố công nghệ khác là những yếu tố được điều khiển linh hoạt. Mặt khác, các yếu tố công nghệ có ảnh hưởng nhiều đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết mài. Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt của chi tiết, để từ đó xác định chế độ công nghệ tối ưu nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài, sẽ là một trong hướng nghiên cứu phù hợp và khả thi nhất với điều kiện sản xuất thực tế hiện nay ở Việt Nam. Vì vậy, trong luận án này xuất phát từ yêu cầu thực tế, tác giả đã lựa chọn hướng nghiên cứu là xác định ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến chất lượng bề mặt răng trục vít.

Mặt khác, qua phân tích các nghiên cứu đã thực hiện cho thấy, hầu hết các công trình trước đây đều được thực hiện trên máy mài phẳng, máy mài tròn ngoài … mà chưa

có nhiều những nghiên cứu chuyên sâu được thực hiện trên máy mài định hình đặc biệt ở Việt Nam. Ở đó vẫn tồn tại những vấn đề khó giải quyết. Một trong số đó là sự mòn đá và ảnh hưởng của mòn đá cũng như các thông số chế độ cắt đến tuổi bền của đá mài và chất lượng của chi tiết gia công. Đây là những vấn đề cần được nghiên cứu và phân tích chi tiết hơn, đặc biệt là yếu tố mòn của đá mài. Yếu tố này rất quan trọng, có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cắt của đá mài cũng như năng suất, chất lượng và hiệu quả của toàn bộ quá trình mài định hình ở nghiên cứu [5]. Vì vậy, một trong giải pháp cơ bản để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài định hình là cần xác định được thời điểm sửa đá hợp lý trong nghiên cứu [10]. Để đạt được điều này, một trong những yêu cầu đặt ra là cần phải đo được lượng mòn của đá mài trong các tài liệu [8,46].

1.4.3. Tình hình nghiên cứu về trục vít trên thế giới

Có thể nói rằng tạo hình biên dạng răng của bộ truyền trục vít được nhiều nhà khoa học quan tâm và đã giải quyết được nhiều vấn đề cơ bản để đưa vào ứng dụng trong sản xuất. Ở đây tác giả đã tìm hiểu một số công trình nghiên cứu của một số nhà khoa học, một trong số những công trình đó là:

Năm 2000, tài liệu [45] đã sử dụng khái niệm lý thuyết bao hình để thiết lập phương trình của đường tiếp xúc giữa biên dạng răng trục vít và hình thành dụng cụ mài, và tính toán biên dạng dụng cụ tạo hình từ biên dạng trục vít.

Năm 2005, tài liệu [37, 38, 39] sử dụng khái niệm tương tự để xây dựng các mô

hình toán học của máy cắt và công cụ tạo hình để gia công trục vít.

Năm 2010, tài liệu [40, 41] đã xây dựng hình toán học cho các biên dạng đá CBN

cho gia công trục vít được phát triển dựa trên lý thuyết về sự ăn khớp.

Năm 2012, tài liệu [43] đã đề xuất một phương pháp thiết kế tạo hình biên dạng công cụ để gia công xoắn vít khi một biên dạng trục vít tùy ý (hoặc dạng phân tích hoặc dạng rời rạc của biên dạng xoắn vít) được đưa ra. Phương pháp bao răng phân tích được thiết lập thường là được sử dụng để có được biên dạng mài giữa trục vít trục vít và công cụ tạo hình, tuy nhiên, thường gặp phải số vấn đề ổn định để tính toán phương trình phi tuyến phức tạp của tiếp điểm đường kẻ. Trong trường hợp này, kết quả không chính xác. Ví dụ, biên dạng mài không đều và có thể xảy ra các điểm kỳ dị. Điểm số ít và sự phân bố không đồng đều dẫn đến sự suy giảm tính toán độ chính xác của phương pháp bao hình.

- Năm 2015 tài liệu [34] đã áp dụng đồ họa kỹ thuật số cho phương pháp quét dựa

trên đồ họa máy tính để tạo biên dạng cho dụng cụ tạo hình khi mài trục xoắn vít.

- Năm 2010 Wu, Y.R và cộng sự đã đề xuất phương pháp bắn tia sáng mô phỏng quá trình mài cho một ống xoắn hình trụ ren. Ví dụ như bánh răng xoắn ốc, … Có thể

được xác định từ các điểm giao nhau trên mỗi tia mà không giải quyết các phương trình hệ thống đồng thời của quỹ tích và phương trình ăn khớp. Tuy nhiên, đã bỏ qua nhiều điểm giao nhau trong quá trình mài.

- Năm 2017 [93], công bố nghiên cứu về phương pháp xây dựng mô hình toán học mài trục vít của máy nén khí trên máy CNC SK7032, Kết quả cho thấy rằng các lỗi cấu hình trục vít có thể được kiểm soát trong phạm vi ±10 μm và sai số biên dạng rôto được đo trên thiết bị kiểm tra bánh răng P65 cho thấy rằng các lỗi cấu hình rôto trục vít có thể được kiểm soát trong phạm vi ±10 μm

- Năm 2020 tài liệu [92], đưa ra nghiên cứu Phân tích đặc điểm hình học và lập mô hình tham số cho gia công chính xác trục vít, trong tài liệu nghiên cứu về trục vít của máy nén khí và gia công bằng máy phay

Các nghiên cứu có ý nghĩa rất nhiều trong thực tiễn nhưng chỉ áp dụng cho một số trục vít cụ thể trong các máy nén khí, máy bơm, … nhưng chưa có nghiên cứu về trục vít Acsimet

1.4.4. Tình hình nghiên cứu về trục vít trong nước

- Nước ta gần đây đã có một số công trình nghiên cứu về lý thuyết ăn khớp, xác định profil đối tiếp epitrochoid của cặp bơm dầu và máy nén khí. Các công trình này đã nghiên cứu lý thuyết ăn khớp theo phương pháp giải tích, hình học vi phân

- Trong luận án của nghiên cứu năm 2017 tài liệu [15] đã nghiên cứu về phương

pháp gia công trục vít cycloit bằng cách xác định mặt khởi thuỷ dụng cụ dạng đĩa.

- Trong luận án năm 2018 tài liệu [16] đã nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến lượng mòn đá, mối quan hệ giữa chế độ công nghệ và độ nhám bề mặt, mối quan hệ giữa chế độ công nghệ và độ ô van của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay.

- Trong bài báo tác giả [4] đã ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong tạo hình bề mặt xoắn vít Acsimet trên máy CNC 5 trục. Chế tạo được trục vít nhưng chỉ xác định độ nhám bề mặt sau khi gia công, và gia công trên thép Cacbon thông thường.

- Nghiên cứu trong tài liệu [17] đã Khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt và thông số đá mài đến độ nhám bề mặt khi mài mặt cong Acsimet vật liệu HSS P18 bằng máy chuyên dùng 1Б811 cụ thể như sau: Xây dựng được mô hình nghiên cứu mài hớt lưng mặt Acsimet mặt sau răng dao phay bánh răng côn cong hệ Gleason, loại 9 inch trên máy 1Б811, xác định vùng gia công với vận tốc cắt đá mài: 24 (m/s) ≥ V ≥ 16 (m/s); bước tiến: 4,16 (vòng/ph) ≥ S ≥ 2,08 (vòng/ph) và chiều sâu cắt không đổi t = 0,002 mm; sử dụng đá mài Ct 100 MV2 B 70 × 50 × 32 - 35m/s do Công ty CP Đá mài Hải Dương sản xuất. Bằng thực nghiệm đã xác định được mối quan hệ toán học giữa vận tốc cắt đá mài (V) và bước tiến (S) với độ nhám (Ra) của bề mặt Acsimet sau khi mài hớt lưng qua phương trình: Ra = 136,670538. V = 2,13404. S = 0,41008 (µm) với độ tin cậy R =

90,4%. Kết quả thực nghiệm cho thấy: Trong vùng chế độ cắt như lựa chọn trên thì bước tiến (S) tỷ lệ thuận và vận tốc cắt đá mài (V) tỷ lệ nghịch với giá trị độ nhám, trong đó bước tiến S ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Ra ít hơn so với vận tốc cắt đá mài. Vậy, muốn nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết khi mài hớt lưng thì cần tăng vận tốc cắt của đá mài và giảm bước tiến (vận tốc quay của chi tiết)

Các nghiên cứu về mài mặt phẳng, mài tròn trong, mài tròn ngoài … nhưng chưa

có nghiên cứu về mài trục vít Acsimet

Tại Việt Nam hiện nay, nhu cầu về bộ truyền trục vít là rất lớn, đặc biệt là các trục vít sử dụng trong thiết bị cần độ chính xác cao. Hiện tại đã có một số đơn vị chế tạo được trục vít có độ chính xác cao như Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện nghiên cứu cơ khí Hà Nội … tuy nhiên còn có nhiều hạn chế trong quá trình sử dụng.

1.5. Xác định nhiệm vụ nghiên cứu của luận án

- Nghiên cứu tạo hình biên dạng đá để mài biên dạng răng trục vít Acsimet

- Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến nhám bề mặt

chi tiết khi mài trục vít Acsimet thép hợp kim 40Cr, 35CrMo và 38CrMo.

- Xác lập mối quan hệ giữa nhám bề mặt với chế độ cắt.

- Xác lập mối quan hệ giữa lượng tách kim loại khi mài với chế độ cắt.

- Đánh giá độ chính xác khi tối ưu hóa các thông số công nghệ khi mài trên thép

35CrMo bằng thực nghiệm vết tiếp xúc giữa trục vít và bánh vít

- Áp dụng các kết quả vào thực tiễn.

1.6. Kết luận chương 1

Qua việc nghiên cứu tổng quan về quá trình mài, tìm hiểu các công trình nghiên cứu trong nước và trên thế giới. Kết hợp với việc nghiên cứu các thông số công nghệ ảnh hưởng đến bề mặt chi tiết mài, nhận thấy:

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình mài tới chất lượng bề mặt chi tiết mài là cơ sở để tìm ra các biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết mài.

- Các thông số công nghệ như n (Vận tốc quay phôi), v (Vận tốc đá), S (Lượng chạy dao hướng trục) có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bề mặt của chi tiết mài. Khi đã nghiên cứu, xác định được ảnh hưởng của các thông số công nghệ của quá trình mài đến chất lượng bề mặt chi tiết mài có thể lựa chọn cho các thông số các giá trị tối ưu. Và chất lượng bề mặt chi tiết mài sẽ được nâng cao. Đặc biệt là trong quá trình mài với bề mặt có hình dạng phức tạp như bề mặt răng của trục vít.

- Việc nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết mài sẽ góp phần đảm bảo cho các máy móc, thiết bị có chứa chi tiết mài đó sẽ đạt độ chính xác cao hơn, quá trình hoạt động tốt hơn, tăng độ chính xác cho sản phẩm.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI RĂNG TRỤC VÍT ACSIMET VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SAU KHI MÀI

2.1. Công nghệ chế tạo bộ truyền trục vít - bánh vít

Truyền động trục vít - bánh vít được dùng để truyền chuyển động quay giữa các trục vuông góc với nhau. Tuỳ thuộc vào hình đáng của trục vít mà người ta phân biệt: Truyền động trục vít - bánh vít với trục vít hình trụ và với trục vít lõm. Truyền động bằng trục vít - bánh vít đảm bảo được công suất truyền lớn, độ chính xác cao và độ êm dịu khi dịch chuyển.

2.1.1. Đặc điểm của bộ truyền trục vít – bánh vít

Theo [18] khâu chủ động của truyền động bánh vít là trục vít, còn khâu thụ động là bánh vít. Trục vít có hai loại:

- Trục vít hình trụ. - Trục vít lõm. Theo số đầu mối thì trục vít có các loại: một đầu mối và nhiều đầu mối.

Theo phương pháp hình thành bề mặt xoắn vít thì trục vít hình trụ có các loại thông dụng: mặt xoắn Acsimet và mặt xoắn thân khai. Trục vít có mặt xoắn thân khai được dùng trong những cơ cấu quan trọng truyền động với tải trọng và tốc độ lớn, còn trục vít có mặt xoắn Acsimet được dùng trong các cơ cấu truyền động với tải trọng và tốc độ nhỏ.

Thông số cơ bản thể hiện trong hình 2.1

a b

Hình 2.1. Các thông số của trục vít và bánh vít

a. Trục vít hình trụ; b. Trục vít lõm

Truyền động bằng trục vít lõm có khả năng truyền lực và hệ số có ích lớn hơn so với truyền động bằng trục vít thông thường. Ở truyền động trục vít lõm thì trục vít bao

lấy bánh vít theo cung của vòng tròn khởi xuất, vì vậy khi ăn khớp có nhiều răng cùng tham gia hơn truyền động bằng trục vít hình trụ. Hình dạng đặc biệt của răng bánh vít tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành chêm dầu - yếu tố nâng cao tuổi thọ của bộ truyền. Tuy nhiên, độ cứng vững của trục vít lõm phải cao hơn trục vít thông thường, bởi vì nếu độ cứng vững của nó không đủ có thể làm cho trục bị gãy khi làm việc.

Bảng 2.1. Công thức tính trục vít và bánh vít ăn khớp với trục vít Acsimet

Công thức tính Tên gọi Ký hiệu Đơn vị Trục vít Bánh vít

Modun hướng trục m mm Chọn theo tiêu chuẩn Chọn theo tiêu chuẩn

Bước dọc trục mm - ts ts = m.π

Chọn theo kết cấu Chọn theo kết cấu Số đầu mối hoặc số răng - z1, z2 z1 ≤ 5 z2 ≥ 30

Bước đường xoắn mm - tB tB = ts.z1

h mm Chiều cao vòng xoắn h = 2,25m h = 1,25m

h’ Chiều cao đầu vòng xoắn mm h’ = m h’ = m

mm h’’ h’’ = 1,25m h’’ = 1,25m Chiều cao chân vòng xoắn

mm Khe hở hướng kính c c = 0,25m c = 0,25m

mm Đường kính vòng chia Chọn theo kết cấu d1, d2 d2 = m.z2

Đường kính vòng đỉnh mm de, De de = d1 + 2m De = d2 + 2m

Đường kính vòng đáy mm di, Di di = d1 - 2,5m Di = d2 - 2,5m

m. π 2

t s 2

mm Sa = = Sa = Sa =

Chiều dày vòng xoắn hoặc chiều dày răng theo vòng chia

d 1+ ⅆ2 2

Khoảng cách tâm mm A A =

m. z1 ⅆ1

độ λ λ = Góc nâng đường xoắn trên hình trụ khởi xuất

Tiết diện hướng trục của trục vít và tiết diện của mặt phẳng chính của bánh vít có dạng một thanh răng cung tròn.

Các đường thẳng nối tiếp theo các cạnh bên của thanh răng này tiếp tuyến với đường tròn gọi là đường tròn profil. Đường kính vòng tròn đi qua tiết diện nhỏ nhất của trục vít lõm gọi là đường kính của vòng tròn tính toán của trục vít d1. Vòng tròn của bánh vít tiếp xúc với vòng tròn tính toán của trục vít gọi là vòng tròn tính toán của bánh vít và có đường kính d2.

2.1.2. Chế tạo trục vít và bánh vít

Độ chính xác của trục vít và bánh vít: Tiêu chuẩn ГOCT và TCVN chia truyền

động trục vít - bánh vít (hay gọi tắt là truyền động trục vít) ra hai nhóm:

(1). Bộ truyền động học trong đó qui định điều chỉnh vị trí của trục vít và bánh vít theo khoảng cách tâm và vị trí của mặt phẳng trung bình của bánh vít.

(2). Bộ truyền lực không qui định điều chỉnh như ở nhóm 1. Các tiêu chuẩn ГOCT và TCVN qui định bộ truyền động học cho các modun hướng trục m = 1 ÷ 16 mm và đường kính vòng chia của bánh vít ≤ 5000 mm, bộ truyền động học có 4 cấp chính xác: 3, 4, 5 và 6.

Các tiêu chuẩn ГOCT và TCVN qui định bộ truyền lực cho các modun m = 1 ÷ 30 mm và đường kính vòng chia của trục vít ≤ 400 mm và đường kính vòng chia của bánh vít ≤ 2000 mm. Bộ truyền lực có 5 cấp chính xác: 5, 6, 7, 8 và 9.

Các tiêu chuẩn ГOCT và TCVN qui định các tiêu chuẩn độ chính xác của trục vít, bánh vít, của bộ truyền và cả tiêu chuẩn khe hở mặt bên. Khe hở mặt bên của bộ truyền bánh vít được qui định theo lượng mỏng của vòng xoắn trục vít.

2.1.2.1. Phân loại quy trình công nghệ chế tạo trục vít và bánh vít

Tuỳ thuộc vào hình đáng hình học của bề mặt chia của trục vít, quy trình công nghệ

gia công cơ bộ truyền trục vít - bánh vít được chia ra 3 loại chính sau đây:

Quy trình công nghệ chế tạo trục vít hình trụ.

Quy trình công nghệ chế tạo trục vít lõm.

Quy trình công nghệ chế tạo bánh vít.

Tuỳ thuộc vào khoảng cách tâm của bộ truyền trục vít - bánh vít, quy trình công

nghệ gia công cơ bộ truyền trục vít - bánh vít được chia ra 2 loại sau đây:

Quy trình công nghệ dùng cho khoảng cách tâm ≤ 250 mm.

Quy trình công nghệ dùng cho khoảng cách tâm > 250 mm.

Tuỳ thuộc vào cấp chính xác của bộ truyền trục vít – bánh vít, quy trình

công nghệ gia công

Bộ truyền trục vít – bánh vít được chia ra 3 loại sau đây:

- Quy trình công nghệ dùng cho cấp chính xác 3 - 5.

- Quy trình công nghệ dùng cho cấp chính xác 6 - 7.

2.1.2.2. Nguyên tắc chọn chuẩn, thiết bị và đồ gá khi gia công trục vít và bánh vít

Hình 2.2 là ví dụ gá trục vít khi gia công tinh răng trục vít.

a, b,

Hình 2.2. Sơ đồ gá đặt trục vít khi cắt tinh răng

a - Không đủ độ cứng vững; b - Đủ độ cứng vững

Sơ đồ gá đặt trên hình 2.2 - a không đảm bảo độ cứng vững, còn sơ đồ gá đặt trên

hình 2.2 - b đảm bảo đủ độ cứng vững khi gia công.

2.1.2.3. Quy trình công nghệ và các phương pháp cắt răng của trục vít và bánh vít

Quy trình công nghệ gia công trục vít và bánh vít bao gồm các nguyên công chính

sau đây:

- Gia công phôi để đạt kích thước và hình đáng yêu cầu.

- Cắt thô và cắt tinh răng của trục vít và bánh vít (trường hợp không cần nhiệt

luyện) còn đối với trường hợp trục vít cần nhiệt luyện thì cần cắt thô răng.

- Nhiệt luyện.

- Gia công các mặt chuẩn sau nhiệt luyện.

- Gia công tinh trục vít sau nhiệt luyện.

Trong bảng 2.2 trình bày các phương án cắt răng trục vít và bánh vít trong các

dạng sản xuất khác nhau.

Bảng 2.2. Các phương án cắt răng trục vít và bánh vít

Dạng sản xuất Dạng trục vít

bánh vít Đơn chiếc và hàng loạt Hàng khối

Dùng dao phay trục vít

Trục vít hình trụ Dùng dao phay đĩa, dao phay ngón hoặc dao phay định hình, dao phay trục vít, dao phay một lưỡi (cho bánh vít)

Trục vít và bánh vít lõm Dùng đầu dao vạn năng, dao phay đĩa, dao phay ngón, dao phay một lưỡi (cho Dùng đầu dao chuyên dùng (cho trục vít) và dao

bánh vít) phay lõm (cho bánh vít)

2.1.2.4. Cắt răng trục vít và bánh vít hình trụ

a. Cắt răng trục vít hình trụ

- Cắt răng trục vít hình trụ bằng dao định hình

Hình 2.3. Sơ đồ gá dao khi tiện trục vít

Hình 2.4. Sơ đồ gá dao một phía khi cắt răng trục vít

Khi góc nâng γ của đường xoắn trục vít lớn hơn 10° nên cắt bằng dao hai phía: (hình 2.5).

Hình 2.5. Sơ đồ gá dao hai phía để cắt răng trục vít

Cắt răng trục vít bằng dao định hình có năng suất thấp nhưng nó được sử dụng rất

rộng rãi vì phương pháp đơn giản và dụng cụ cắt rẻ tiền.

- Cắt răng trục vít bằng dao phay đĩa

Hình 2.6. Sơ đồ gá dao phay đĩa khi cắt răng trục vít

Cắt răng trục vít bằng dao phay đĩa chủ yếu được dùng để gia công thô trục vít có

cấp chính xác 9 và nhỏ hơn.

- Cắt răng trục vít bằng dao xoáy.

a, b,

Hình 2.7. Sơ đồ xoáy răng trục vít

a - Tiếp xúc bên trong; b - Tiếp xúc bên ngoài

1 - Phôi; 2 - Dao

Cắt xoáy tiếp xúc bên trong được dùng cho các trục vít một, hai đầu mối có độ cứng vững thấp và kích thước nhỏ (m ≤ 3 mm). Đối với trục vít cần nhiệt luyện (tôi cải thiện) thì cắt xoáy là nguyên công sơ bộ trước khi mài.

- Cán trục vít

Phương pháp này cho phép đạt năng suất cao và giảm tiêu hao kim loại. Phương

pháp được thực hiện trên các máy cán với các trục cán dạng con lăn.

Trục vít có modun m < 3 mm được cán nguội trên máy có hai trục cán, còn trục vít có modun m > 3 mm được cán nóng trên máy có ba trục cán (nung nóng bằng dòng điện cao tần).

- Mài trục vít

Mài trục vít hình trụ được thực hiện bằng ba phương pháp:

- Mài bằng đá mài dạng đĩa (hình 2.8).

Hình 2.8. Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài dạng đĩa

γ - Góc nâng của răng trục vít; α1 - Góc giữa trục đá mài và đường tâm trục vít; α2 - Góc giữa các mặt phẳng tiếp xúc với profin răng trục vít và mặt đầu của đá mài; α - Góc giữa mặt phẳng tiếp xúc với profin răng của trục vít và mặt phẳng vuông góc với đường tâm của trục vít.

Hình 2.9. Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài côn dạng chậu

Trục của đá mài được gá nghiêng một góc γ đúng bằng nâng γ của răng trục vít. Độ

chính xác của trục vít có thể đạt cấp 8 hoặc cấp 9.

- Mài bằng đá mài côn dạng chậu. Trong trường hợp này profil của răng trục vít gần giống với đường xoắn Acsimet. Độ chính xác của phương pháp đạt cấp 8 hoặc cấp 9.

- Mài băng đá mài kiểu chốt. Phương pháp được dùng để mài trục vít có cấp chính

xác 8 ÷ 9 và modun lớn.

Hình 2.10. Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài kiểu chốt

Lượng dư mài trục vít được chọn theo bảng 2.3 giá trị lượng dư lớn được dùng cho các trục vít có độ cứng vững thấp, các trục vít có bề mặt thô được tạo hình bằng biến dạng dẻo, trục vít có khoảng cách giữa các ổ đỡ lớn và trục vít được nhiệt luyện nhiều lần.

Bảng 2.3. Lượng dư (mm) mài trục vít hình trụ (lượng dư một phía)

Đường kính đỉnh (mm)

Modun (mm) Đến 22 22 - 36 37 - 71 71 – 110 >110

Đến 2 0,1 – 0,5 0,15 – 0,20 0,18 – 0,25 - -

0,15 – 0,20 0,20 – 0,25 0,25 – 0,30 0,28 – 0,35 - 2 – 4

- 0,22 – 0,30 0,25 – 0,32 0,30 – 0,40 0,32 – 0,45 4 – 6

- - 0,28 – 0,35 0,32 – 0,42 0,40 – 0,50 6 – 8

- - 0,30 – 0,40 0,35 – 0,48 0,42 – 0,60 8 – 10

b. Cắt răng bánh vít

Cắt răng bánh vít được thực hiện trên các máy phay lăn răng bằng dao phay trục vít theo ba phương pháp: Tiến dao hướng kính (hình 2.11 a), tiến dao tiếp tuyến (hình 2.11 b) và phương pháp tổ hợp.

a b

Hình 2.11. Các phương pháp cắt răng bánh vít

a - Tiến dao hướng kính; b - Tiến dao tiếp tuyến

1 - Bánh vít gia công; 2,3 - Dao phay

Ở phương pháp tổ hợp người ta dùng cả hai loại dao: dao phay lăn và dao định

hình. Dùng dao định hình để cắt tinh bánh vít cho phép nâng cao độ chính xác gia công.

Thời gian cơ bản To (phút) khi cắt răng bánh vít được xác định theo các công thức

sau đây:

T 0=

- Khi phay bằng phương pháp tiến dao hướng kính:

3. n . z S 0 nd q

(2.1)

- Khi phay bằng phương pháp tiến dao tiếp tuyến:

T 0=

2,94 m √z . z S t nd q

(2.2)

Ở đây:

m - Modun bánh vít (mm);

z - số răng của bánh vít;

3m và 2,94 m√ z - chiều dài quãng đường dịch chuyển của dao phay tương đối so

với chi tiết gia công;

S0 - lượng tiến dao hướng kính (mm/vòng của phôi);

St - lượng tiến dao tiếp tuyến (mm/vòng của phôi);

nd - số vòng quay của dao (vòng/phút);

q - số đầu mối của dao phay.

2.2. Nghiên cứu các đặc điểm của đường xoắn vít để gia công chi tiết

Trước khi gia công, chế tạo các chi tiết một trong các thao tác quan trọng là cần

phải xác định được biên dạng của sản phẩm và nhất là gia công trên máy CNC cần xác

định đúng phương trình cũng như quỹ đạo của các đường trong biên dạng của chi tiết

cần gia công, đặc biệt trong các chi tiết dạng xoắn ốc như trục vít, bu lông, ren vít …

khi gia công trên máy CNC cần biết rõ phương trình cho từng sản phẩm để viết chương

trình nhập cho máy. Vì vậy cần việc đầu tiên là phải xác định được đặc điểm và phương

trình xoắn vít cho từng chi tiết nói chung và trục vít Acsimet nói riêng. Đặc điểm của các

loại xoắn vít theo [90] như sau:

2.2.1. Xoắn ốc Acsimet 2D

Xoắn ốc Acsimet (còn được gọi là xoắn ốc số học) là một hình xoắn ốc có tên là

của nhà toán học Hy Lạp Acsimet thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên. Nó là một đường

cong phẳng, quỹ đạo của điểm M chuyển động thẳng đều dọc theo tia OV với gốc tọa độ

tại O, còn tia OV tự quay đều quanh O. Nói cách khác, khoảng cách ρ = OM tỉ lệ với góc

quay φ của chùm tia OV. Các quay chùm tia OV thành một góc như nhau tương ứng với

cùng một gia số ρ.

Phương trình của đường xoắn ốc Acsimet trong hệ tọa độ cực được viết dưới

ρ=kφ

dạng sau:

(2.3)

Trong đó k là độ dời của điểm M dọc theo tia r, với phép quay bởi góc φ

a = | BM | = | M A | = 2kπ. Số a được gọi là tung độ xoắn ốc. Phương trình của

ρ=aφ/2 π

xoắn ốc Acsimet có thể được viết lại như sau:

Khi quay tia ngược chiều kim đồng hồ, sẽ thu được hình xoắn ốc thuận tay phải,

trong khi xoay theo chiều kim đồng hồ - vòng xoắn thuận tay trái. Cả hai nhánh của xoắn

ốc (phải và trái) được mô tả bởi cùng một phương trình (2.3) ( coi giá trị âm của ρ là

phản xạ đối xứng trung tâm đối với gốc, tức là (−ρ, φ) ≡ (ρ, φ + π)). Các giá trị dương

của φ tương ứng với hình xoắn ốc bên phải, âm - bên trái

Hình 2.12. Xoắn ốc Acsimet

Trong hình 2.12, chỉ có hình xoắn ốc bên phải được hiển thị. Đối xứng hình ảnh của đường cong này qua trục Y sẽ tạo ra hình xoắn ốc bên trái. Khi không xoắn, khoảng cách từ điểm O đến điểm M có xu hướng đến vô cùng, trong khi cao độ xoắn ốc không đổi (nghĩa là càng xa tâm, càng gần các cuộn dây của hình xoắn ốc càng tiến gần đến hình tròn). Đôi khi, xoắn ốc Acsimet được mô tả như một hình xoắn ốc có “khoảng cách tách biệt không đổi” giữa các vòng quay liên tiếp. Điều này có phần gây hiểu lầm [91]. Các khoảng cách không đổi trong xoắn ốc Acsimet được đo dọc theo các tia từ gốc, không cắt qua đường cong ở các góc vuông, trong khi khoảng cách giữa các đường cong song song được đo trực giao với cả hai đường cong. Có một đường cong nhẹ khác với hình xoắn ốc Acsimet, tính bất biến của một vòng tròn (được thảo luận chi tiết hơn nữa), mà các lượt có khoảng cách tách biệt không đổi trong giác của các đường cong song song.

Độ dài cung L của đường xoắn ốc Acsimet bằng tích phân của d l trong phạm vi từ

k √1+φ 2dφ

L=∫

[φ√1+ φ2+ln ⁡(φ+√1+φ 2)]

k 2

0 đến φ

Các ví dụ khác về xoắn ốc đại số được mô tả bằng các phương trình cùng dạng:

(2.4) ρ=a+ K φ(1/ φ)

và do đó đôi khi được gọi là xoắn ốc Acsimet chung trong khi xoắn ốc Acsimet

xảy ra khi c = 1

2.2.2. Xoắn Acsimet 3D

Có một số loại xoắn ốc một đường xoắn tròn (hình trụ) là một đường cong trên bề

x y z

¿ a . cos φ ¿ a .sin φ ¿ bφ

mặt hình trụ, được mô tả trong hệ tọa độ Descartes bằng cách sau phương trình:

Hình 2.13. Xoắn không gian.

Xoắn hình trụ thuận tay phải với a = b = 1

Trong đó a và b là các hằng số khác không. Hình chiếu của một đường xoắn hình trụ trên x, y - là mặt phẳng một đường tròn (Hình 2.13 bên trái). Chiều dài của một cuộn

dây của xoắn tròn (φ ∈ [0, 2π]):

L =2 π √a2+b2 Các bước của một đường xoắn, bằng 2πb, là chiều cao của một vòng xoắn hoàn chỉnh, được đo song song với trục của đường xoắn. Độ cong của nó là |a|/(a 2 + b2) và độ xoắn của nó là b/(a2 + b2). Do đó, một đường xoắn tròn có độ cong dải không đổi và độ xoắn không đổi

2.3. Phương pháp mài trục vít

2.3.1. Cơ sở lựa chọn đá để mài

+ Chọn độ hạt của đá mài:

Độ hạt được đo bằng kích thước đường kính trung bình của hạt trên một đơn vị

diện tích.

Độ hạt thấp: sử dụng trong trường hợp mài thô lượng dư gia công lớn, không quan tâm chất lượng bề mặt sản phẩm sau gia công.

Độ hạt cao: sử dụng trong trường hợp mài tinh lượng dư gia công nhỏ, bề mặt sản phẩm bóng.

+ Chọn độ cứng keo của đá mài:

Độ cứng của lớp keo chỉ ra khả năng liên hết của keo giữ cho hạt mài. Độ cứng của keo được ký hiệu từ A - Z tương ứng từ mềm nhất đến cứng nhất.

Đá mài với keo kết dính mềm sử dụng cho:

Các loại thép rất cứng như hợp kim cứng carbide để làm dụng cụ cắt; thép sau nhiệt luyện; thép hợp kim.

Chi tiết với vùng mài lớn

Mài nhanh tốc độ cao

Đá mài với keo kết dính cứng sử dụng cho:

Các loại thép mềm như thép trước nhiệt, gang,…

Mài với tuổi thọ của đá cao

Vậy có các yếu tố cần cân nhắc khi chọn đá mài:

Độ cứng của vật liệu phôi → chọn loại hạt mài và keo phù hợp

Lượng dư gia công khi mài→chọn độ hạt phù hợp

Chất lượng bề mặt sản phẩm → chọn độ hạt phù hợp

Loại máy mài sử dụng → chọn kích thước lắp ghép của đá mài

Tốc độ mài và lượng ăn mài → chọn tốc độ tối đa của đá mài

Diện tích bề mặt khi mài → chọn chiều dày tối đa của đá mài để tối ưu thời gian gia công

Tưới nguội khi mài → chọn độ cứng keo của đá mài phù hợp

Yêu cầu kỹ thuật sau nguyên công mài → các yêu cầu khác

Cách sửa đá sau gia công mài → chọn loại mũi sửa đá cho đá mài phù hợp

- Chọn đặc tính đá mài để mài những loại hợp kim khác nhau.

Hình dáng của đá mài rất đa dạng, tuỳ theo mục đích sử dụng và tuỳ theo loại máy mà đá mài sản suất theo hình đáng và tính chất khác nhau. Trong mỗi loại hình đáng của đá cũng có nhiều loại đá mài với tính chất khác nhau như độ hạt, độ cứng, độ xốp và độ lớn về kích thước…

- Đặc điểm của đá mài

Đá mài là vật tư phổ biến nhất trong ngành cơ khí. Đá mài cắt kim loại với nhiều kích thước, hình dạng và hiệu quả khác nhau. Đá mài thường được cấu tạo từ hai loại vật liệu. Một là hợp chất cắt mài mòn được sử dụng để mài trong các ứng dụng công

nghiệp. Loại còn lại là liên kết được hình thành giữa các hạt mài. Đá mài giúp thực hiện một số hoạt động trong quá trình mài và gia công mài mòn. Đá mài còn được sử dụng trong máy mài. Để sử dụng đá mài, trước tiên cần kẹp nó vào máy mài, sau đó gắn trên các thanh đỡ. Lực cần thiết cần thiết để truyền chuyển động quay. Loại đá này có thể thực hiện nhiệm vụ với dung sai rất cao và mài kim loại từ cả bên ngoài và bên trong của nó. Do đó mà sản phẩm thu được hình dạng khác nhau như tròn, vuông, định hình... có thể thực hiện mài cứng các công cụ, như thép và các kim loại khác.

- Vật liệu làm đá mài và sử dụng: [10]

+ Corun điện trường:

13A dùng làm hạt mài trên chất kết dính hữu cơ

14A dùng làm hạt mài trên chất kết dính hữu cơ và keramic trên nền vải nhám và để gia công dưới dạng hạt tự do.

15A dùng làm hạt mài trên chất kết dính keramic trong đó 2 cấp chính xác AA, A dùng làm hạt mài trên nền vải ráp.

+ Corun điện trắng:

23A; 24A, 25A để làm các đá mài, vải ráp và dùng dưới dạng tự do.

25A dùng chất kết dính keramic, có hai cấp chính xác AA và A.

C - Corun điện chứa crom:

33A, 34A dùng làm hạt mài trên chất kết dính keramic, vải rap và dùng để gia

công.

Ngoài ra các loại sản phẩm khác như corun điện chứa titan (37A) corun điện chứa zirioni (38A) Shepo corun, thuỷ tinh kỹ thuật, corun (92E) thường để làm các dụng cụ gia công bằng hạt có chất kết dính có chất dính kết là keramic để gia công thép và các loại vật liệu dẻo như kim loại màu, cao su chất dẻo, da..

Đặc biệt corun (92E) còn để làm các loại bột mài xịn để đánh bóng các chi tiết bằng

thuỷ tinh và kim loại.

+ Các loại cacbit silic:

Cacbit silic đen (53C; 54C; 55C) cacbit silic xanh (63C; 64C) dùng để làm các

dụng cu gia công bằng hạt mài, vải ráp và dùng để gia công hạt tự do.

Cabit bo để chế tạo bôt, bột nhão dùng trong các nguyên công đánh bóng.

+ Nitrit bo dạng khối dùng làm các dụng cụ gia công bằng hạt trên các chất dính kết hữu cơ, keramic, kim loại, dùng làm vải ráp, làm bột nhão để gia công tinh.

+ Kim cương thiên nhiên:

A8 để làm các dụng cụ khoan và sửa đá, cũng như các dụng cụ để gia công đá A5, A3,

A1, A2 được tạo ra dưới dạng hạt mài để chế tạo đá mài với chất dính kết kim loại, tạo ra loại cưa đĩa và các dung cụ liên quan đến gia công điện hoá. Chúng được dùng để mài thuỷ tinh kỹ thuật, keramic đá, bê tông.

AM và AM5 được dùng chế tạo các loaị bột nhão để nghiền và đánh bóng các chi tiết máy và các dụng cụ bằng thép tôi cứng, thuỷ tinh, vật liệu bán dẫn và các loại khác.

AH dùng cho các dụng cụ bột nhão để nghiền đánh bóng các vật liệu cứng, siêu cứng, khó gia công các loại vật liệu gốm corun, đá cứng …

+ Kim cương nhân tạo.

AC2 dùng cho các loại dụng cụ có chất dính kết hữu cơ, phục vụ các nguyên công gia công tinh và đánh bóng khi gia công hợp kim cứng và thép.

AC4 dùng để làm đá mài có chất dính kết hữu cơ và keramic dùng để mài hợp kim cứng, gốm sứ và các loại vật liệu giòn khác. AC5 và AC15 được dùng khi làm việc trong điều kiện tải trọng nặng nề. AC20 và AC32 dùng làm các dụng cụ trên chất dính kết kịm loại làm việc trong điều kiện nặng khi khoan, cắt đá, mài ‘khôn’ dùng làm bút sửa đá AC50, APC3 dùng cho các dụng cụ làm việc trong các điều kiện cực nặng như khoan cắt đá granit, gia công gốm sứ, thuỷ tinh …

Các loại ACM, ACH, ACM5, ACM1 được dùng để chế tạo các dụng cụ về bột nhão để nghiền, đánh bóng các chi tiết và dụng cụ bằng thép đã tôi cứng cũng như các hợp kim cứng, gốm sứ, thuỷ tinh. Chúng cũng còn được dùng làm bột nhão để đánh bóng các chi tiết trong công nghiệp điện tử.

- Độ hạt thành phần của vật liệu mài.

Vật liệu từ các vật liệu mài tự nhiên và nhân tạo đều được chia ra các nhóm theo kích thước của hạt. Thường người ta chia làm 4 nhóm hạt mài (200 - 160µm); bột mài (125 - 40µm); bột mài mịn (63 - 14µm) và bột mài rất mịn (10 - 3µm). Tập hợp các hạt mài nằm trong một khoảng; kích thước xác định, được gọi là một phần riêng. Phần riêng nào trộn lẫn theo khối lượng thể tích hoặc số lượng hạt thì được gọi là phần cơ bản.

Ký hiệu số về độ hạt nào có quan hệ với tỷ số phần trăm của gốc nên người ta thêm vào một chữ cái ký hiệu. Đặc tính cụ thể của tập hợp các hạt mài được biểu hiện bằng kích thước của hạt thuộc phần gốc thì gọi là độ hạt.

Bảng 2.4. Tỷ lệ nhỏ nhất của phần gốc vật liệu mài, %

Ký hiệu Độ hạt

Phạm vi 200 - 8 6 - 4 M63 - m28 M20 - m14 M10 - m5

60 60 55 B

55 55 50 50 45

45 40 45 40 40

f 41 43 39 39

Bảng 2.5. Phạm vi sử dụng các dụng cụ hạt mài có độ hạt khác nhau.

Độ hạt của dụng cụ Phạm vi sử dụng

Mài thường Kim cương

1/0

M40 - M5 40/28 - 5/3

Để mài bóng các chi tiết chính xác đặc biệt. Mài bóng lần cuối các chi tiết có độ chính xác 3÷ 5 μmvà nhỏ hơn, độ nhám bề mặt Ra = 0,16÷ 0,02 μmnghiền khôn tinh. Mài ren bước nhỏ

8; 6 63/50 – 50/40

Mài tinh và mài mỏng các chi tiết bằng hợp kim cứng, kim loại, thuỷ tinh, các vật liệu phi kim loại khác. Mài bóng dụng cụ cắt, mài ren bước nhỏ, khôn tinh xác

12; 10 125/100 – 80/63

Mài tinh và mài mỏng các chi tiết có độ nhám bề mặt Ra = 0,63 ÷ 0 , 16 μm .Mài tinh kim cương, mài dụng cụ cắt, khôn phá (thô)

25; 20; 16 200/160 -125/100

Mài tinh các chi tiết, mài dụng cụ cắt, mài phá bằng kim cương, mài profin đạt độ nhám bề mặt Ra = 1,25 ÷ 0 , 16 μmmài vật liệu giòn

40; 32 315/250 – 250/200

Mài thô và mài tinh các chi tiết có độ nhám bề mặt Ra = 2,5÷ 0,32 μmmài sắc dụng cụ cắt

50; 63

Mài thô tròn ngoài, trong, vô tâm, phẳng độ nhám bề mặt Ra = 2,5 ÷ 0,6 3 μmgia công

tinh kim loại và vật liệu phi kim loại. Mài vật liệu dẻo, mài sắc các dao tiện lớn và trung bình. Cắt đứt, mài sửa, hiệu chỉnh dụng cụ

125; 100; 80 Sửa đá mài mài, mài phá phôi sau khi đúc, rèn dập, cán và hàn.

- Chất kết dính của các dụng cụ hạt và độ cứng của chúng

A - Chất dính kết.

Một chất hay tổng hợp một số chất, được dùng để giữ chặt các hạt mài và chất độn

trong dụng cụ hạt được gọi là chất kết dính. Phần độn trong chất kết dính dùng để tạo

cho dụng cụ có tính cơ lí cần phần nổi hình học của bề mặt làm việc của dụng cụ, đến độ

mòn của dụng cụ và độ nhám của bề mặt gia công.

+ Chất dính kết keramic

K1; K2; K3; K4; K5; K6; K8; K10 dùng cho tất cả các dạng mài cơ bản, ngoài ra

còn cắt các rảnh kẹp, gia công phá.

K2; K3 dùng cho các dụng cụ bằng cacbit silic; K2 - dùng cho các dụng cụ có độ hạt

nhỏ

K1; K5; K8 dụng cho các dụng cu Corun điện

+ Chất kết dính bakemic

B; B1; B2; B3; B44; bY; B156; BTI2 dùng cho các loại đá có yếu tố bền để mài ở

tốc độ cao 65; 80 và 100m/s; đá dùng để mài phá bằng tay hoặc trên các máy mài treo;

đá mài mặt phẳng bằng mặt đầu, đá cắt đứt và cắt rãnh, đá mài sắc dụng cụ, đá mài các

bề mặt không liên tục, đá có hạt mịn để mài tinh; đá kim cương và enbo; thanh đá để mài

khôn các mảnh đá để làm việc ở tốc độ 80m/s.

+ Chất kết dính vucanic và chất kết dính bền chắc

B; B1; B2; B3; B4; B5; ¬∅ , π ∅ ; ∋5 ; ∋ 6 dùng cho đá mài vô tâm ,đá mền để đánh

bóng và mài tinh trên chất dính kết B5; đá để cắt đứt cắt rãnh, và mài rãnh, đá dùng một

số nguyên công gia công tinh các prophin; đá mài trên chất dính kết vuncanit B3 được

chế tạo bằng phương pháp ép; các phiến mềm, dẻo trên chất dính kết B5; đá để đánh

bóng có độ xốp cao trên chất dính π ∅ ;đá trên chất dính kết magie, đá hạt mịn trên chất

dính kết gliptan và có thêm chất độn graphit dùng để đánh bóng tinh lần cuối.

Lựa chọn cấu trúc của dụng cụ hạt :

Dụng cụ có độ hạt 125÷ 80 thường được chế tạo có cấu trúc 3 và 4; độ hạt 50, 40 có

cấu trúc 5 và 6. Độ hạt 25, 12 có cấu trúc 6 và 7.

Đặc điểm của đá có độ xốp cao được chỉ ra số hiệu về mác của chất tạo bọt, độ bọt

và thể tích của nó, %.

Bảng 2.6. Độ hạt của các bột mài

Kí hiệu độ hạt Kích thước hạt Kí hiệu độ hạt Kích thước hạt

phần chính, µm phần chính, µm ГOCT Hệ Anh ГOCT Hệ Anh

Hạt mài Bột mài

200 10 2500 – 2000 12 100 160 – 120

160 12 2000 – 1600 10 120 120 – 100

125 16 1600 – 1250 8 150 100 – 80

100 20 1250 – 1000 6 180 80 – 63

80 24 1000 – 800 5 230 63 – 50

63 30 800 – 630 4 280 50 – 40

50 36 630 – 500 3 320 40

40 46 500 – 400 Bột mài mịn (bột Micrôn)

32 54 400 – 315 M40 M40 40 – 28

25 60 315 – 250 M28 M28 28 – 20

20 70 250 – 200 M20 M20 20 – 14

16 80 200 – 160 M14 M14 14 – 10

M10 M10 10 – 7

M7 M7 7 – 5

M5 M5 6 – 3

M3 M3 3 – 1

2.3.2. Xác định hình dạng cho biên dạng đá để mài trục vít [49]

Theo [51] chỉ ra rằng khi mài ren của vít, hình dạng của biên dạng mài của đá gần hình bán nguyệt, và bán kính của biên dạng tăng lên. Điều này xảy ra do mài mòn mạnh hơn trên đầu của biên dạng đá mài. Tỷ lệ mài mòn của đá tăng lên khi tăng cường độ loại bỏ kim loại [50 – 52]. Có thể tăng độ ổn định của ren biên dạng bằng cách kiểm soát lượng mòn của đá trong quá trình mài, trong các phần khác nhau của biên dạng theo hai

t 0 i

Z=∑

i=t

cách: bằng cách giảm tốc độ mòn ở đầu biên dạng hoặc bằng cách tăng tốc độ mòn của đá trên các phần bên của răng của nó. Khi mài ren biên dạng hình bán nguyệt, dung sai loại bỏ là bằng:

Trong đó: t0i là chiều sâu cắt ở đỉnh của biên dạng vòng tròn ở bước chuyển thứ i

Zp = f(r,t0) (2.5)

Do đó, năng suất của mài được xác định bởi cường độ loại bỏ kim loại bởi đỉnh của biên dạng của đá mài tại mỗi quá trình chuyển đổi của chúng, tức là chiều sâu cắt t 0i và tốc độ ngoại vi của phôi vi. Trong này về vấn đề, cách đầu tiên để cải thiện hiệu suất của đá mài cấu hình sẽ dẫn đến việc giảm xử lý ổn định. Do đó, nên tăng độ ổn định của biên dạng răng theo cách thứ hai, tăng độ dày của lớp kim loại đã loại bỏ ở các phần bên (trong trường hợp này, năng suất của quá trình sẽ không những không giảm, mà ngược lại, sẽ tăng lên). Điều này có thể đạt được nếu biên dạng của rãnh răng nhận được để mài khác với biên dạng của đá mài để lượng dư các mặt cắt bên lớn hơn so với mẫu mài r = rp (trong đó rp - là bán kính của biên dạng ren trước khi gia công). Sự phân bố của chiều sâu cắt dọc theo biên dạng của đá để đảm bảo sự ổn định của biên dạng răng là khó, vì tốc độ mòn của đá mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố (các đặc tính vật lý và cơ học của vật liệu đang được xử lý, các đặc tính của đá, sự hiện diện và thuộc tính của CLTE, điều kiện xử lý, v.v…). Do đó, biên dạng của rãnh ren nhận ra sự phân bố như vậy khác với cung của hình tròn. Dữ liệu ban đầu chính để xác định biên dạng của răng trục vít là bán kính của biên dạng r đá và độ sâu cắt tại đỉnh t0. Bán kính của mặt cắt của hình tròn bằng bán kính yêu cầu của biên dạng của răng sau mỗi hành trình làm việc. Do đó, trong lý thuyết tính toán mô hình của quá trình mài chỉ đảm bảo giữ nguyên hình dạng hình học và bán kính của biên dạng của vòng tròn, chọn sự phụ thuộc biên dạng của răng tham gia vào quá trình mài trên bán kính của biên dạng của hình tròn r và chiều sâu cắt t0 ở đỉnh của nó.

Trong đó : Zp - đường cong mô tả biên dạng của rãnh răng

Biên dạng của rãnh răng có thể được mô tả bằng cách sử dụng bán kính - vectơ

Rα=r−t α (2.6)

Rα. Dựa vào mạch hiển thị trong hình 2.13, nhận được:

Trong đó: tα - chiều sâu cắt đo được bình thường đối với biên dạng của hình tròn

Hình 2.14. Sơ đồ xác định biên dạng của rãnh răng, đảm bảo độ ổn định của biên dạng đá mài

U α=U 0cos α (2.7)

Trong quá trình mài, đá mài sẽ duy trì biên dạng của nó khi mài mòn U ở hướng tâm hướng giống nhau trong toàn bộ biên dạng răng. Độ mòn của đá so với biên dạng của nó trong trường hợp này phải là tương đương với

Trong đó: U0 - độ mòn của mặt trên của đá mài

U =Cu t x S y V Z (2.8)

Điều kiện (2.7) được đảm bảo cho một độ sâu cắt nhất định tại mỗi điểm biên dạng và do đó, cho một định luật biến thiên của chiều sâu cắt tα dọc theo biên dạng của đường tròn. Khi mài các bề mặt phẳng và hình trụ của phôi thép, độ mòn của đá mài phụ thuộc vào điều kiện xử lý [50 – 52]:

)x = cos α

U α U 0

t α t 0

Trong đó: Cu - hệ số phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu được xử lý, CLTE và đặc điểm của đá mài. Khi mài răng của vít, giá trị của S và v thực tế không thay đổi dọc theo biên dạng luồng, từ công thức (2.7) và (2.8), ta được:

t α=t 0(cos α )x−1 Thay giá trị của tα vào công thức (2.6), nhận được một biểu thức mô tả cấu hình

Từ đây, tìm thấy sự phân bố của chiều sâu cắt dọc theo biên dạng của đá

Rα=r−t 0(cos α )x−1

của rãnh răng nhận được để mài:

Rα=r(1−

(cos α)x−1) (2.9)

t 0 r

Biến đổi công thức này:

Biểu thức trong ngoặc phụ thuộc vào tỷ số t0/r và không đổi tại (t0/r) = const. Hơn thế nữa, giá trị của Rα tỷ lệ thuận với r. Do đó, tại (t 0/r) = const, hình dạng của các biên dạng của

rãnh răng cũng vậy, và giá trị của r đóng vai trò là hệ số tỷ lệ. Theo [53], có thể lấy x = 1,6 khi đó:

t α=t 0cos0,625 α

(2.10)

Rα=r(1−

cos0,625α) (2.11)

t 0 r

Và

Từ công thức (2.9) và (2.11), biên dạng của rãnh răng khác với cung tròn và có hình dạng phức tạp. Để tạo rãnh răng phải áp dụng một đá mài với cùng biên dạng phù hợp. Có được biên dạng này là một nhiệm vụ khó khăn, giải pháp đòi hỏi phải tạo ra các thiết bị đặc biệt phức tạp và đắt tiền để sửa lại biên dạng đá cho phù hợp theo yêu cầu. Trong thực tế và lý thuyết tính toán cho phép đưa ra giả thiết rằng phải tạo ra một biên dạng như vậy do sự tương tác phức tạp của các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình mài, nhanh chóng tiếp cận biên dạng của răng [52 – 55]. Kết quả là, hiệu ứng của biên dạng phức tạp đã tạo sẽ biến mất. Về vấn đề này, để đơn giản hóa việc thiết kế điều khiển thiết bị và dụng cụ đo đạc để kiểm tra biên dạng, cần phải giả định rằng ảnh hưởng đến sai số xử lý gần đúng của cấu hình tính toán phức tạp đơn giản hơn.

Để chọn một biên dạng đá gần đúng, xem xét hình dạng của biên dạng tính toán được thực hiện phù hợp với công thức (2.11) và được thể hiện trong hình 2.13. Biên dạng được thiết kế để mài hình tròn với bán kính biên dạng r = 3 mm (bán kính biên dạng vít dẫn phổ biến nhất) với chiều sâu cắt t0 = 0,3 mm (thường khi mài ren, chiều sâu cắt không vượt quá 0,3 mm) trong phạm vi góc α = 0 ÷ 75˚. Với chiều sâu cắt nhỏ hơn, độ lệch của biên dạng được tính toán so với biên dạng của vòng tròn ít hơn. Từ hình 2.13 có thể thấy rằng biên dạng tính toán gần với cung tròn. Do đó, xem xét khả năng xấp xỉ biên dạng được mô tả bởi công thức (2.8) với một cung tròn bán kính rP.

r p=√( R α sin α )2+( Rα cos α +a) 2 (2.12)

Từ hình 2.18 chúng ta nhận được:

r p=r−t 0+a (2.13)

Tại α = 0

a=K t0 (2.14)

Như vậy, để xác định giá trị của rp, cần biết giá trị của a. Để xác định, thay thế bằng công thức (2.9) các giá trị của Rα từ biểu thức (2.11) và rp từ công thức (2.13). Giải ra thu được phương trình liên quan đến a là:

Và

k = 1−0.5t 0 ¿ ¿ ¿ (2.15)

Thay giá trị của a từ công thức (2.14) vào công thức (2.11) và giả sử A = 1 - K,

r p=r−t 0 (1−k )=r− A t 0 (2.16)

thu được:

Theo công thức (2.12), với giảm a, giá trị của rp giảm. Điều này dẫn đến sẽ tăng chiều sâu của vết cắt trong các phần bên của biên dạng. Khi giảm a, hệ số K trong công thức (2.14) giảm, và do đó, hệ số A trong công thức (2.16) tăng lên. Đó là, hệ số A càng lớn thì chiều sâu cắt rp càng lớn. Để xác định bán kính của biên dạng rãnh răng xấp xỉ với biên dạng tính toán (2.11), cần biết giá trị của hệ số K. Từ công thức (2.15) có thể thấy rằng hệ số K phụ thuộc vào tỷ số t0/r và thay đổi biên dạng tùy thuộc vào góc α. Xem xét ảnh hưởng của các yếu tố này đến giá trị K. Khi mài răng của trục vít, phạm vi của thay đổi tỷ lệ là 0 ... 0,1 và biên dạng ren được giới hạn ở một góc 71°. Các giá trị của Hệ số K được tính theo công thức (2.15), phụ thuộc vào góc α và tỷ số t 0/r, được trình bày trong bảng và các phụ thuộc đồ thị K = f (α, t0/r)

Tỷ số của hệ số K dọc theo biên dạng ren K α max−K αmin. Thay đổi hệ số K, không vượt quá ± 3,4% giá trị trung bình, được xác định là giá trị trung bình cộng của Kαmean

tại t0/r = 0 và Kαmean tại t0/r = 1; K = 0,7; Thay giá trị này vào công thức (2.14) và

(2.16), chúng ta thu được

a = 0,7t0 (2.17);

rp = r – 0,3t0 (2.18)

Do đó, theo kết quả của phép tính gần đúng, thu được công thức đơn giản (2.18).

Để xác định khả năng sử dụng công thức này, ta tìm thấy các lỗi được giới thiệu bằng

cách ước lượng gần đúng cấu hình của một vòng tròn trong phân bố của chiều sâu cắt t α

dọc theo biên dạng của đá mài. Để làm được điều này, cần xác định khoảng cách ∆t α

giữa các đường cong được chỉ ra ở các góc α khác nhau và so sánh nó với chiều sâu cắt

∆ t α=t α−t '

α (2.19)

tα. Đại lượng ∆tα bằng:

Với tα và tα′ - chiều sâu cắt trên các mặt cắt của biên dạng đá mài khi mài rãnh ren tương

ứng với biên dạng tính toán (2.11) và xấp xỉ (2.18). Giá trị của tα được xác định theo

công thức (2.10). Để xác định chiều sâu cắt, Cần tìm tọa độ giao điểm của đường thẳng

đi một góc α với trục Y (hình 2.13), với biên dạng của đá mài (x, y) và với biên dạng của

t '

α=√( x −xp)2+( y − y p)2 (2.20)

răng (хp, yp). sau đó

Phương trình cung tròn của biên dạng răng trong hệ tọa độ XOY (hình 2.19) có

dạng:

x2+( y+ a)=r p

(2.21)

Phương trình của một đường thẳng đi qua gốc tọa độ một góc α so với trục Y

Y =

được mô tả bởi công thức:

x tgα

(2.22)

2−a2sin 2φ−a cos φ)cos φ

x p=(√ r p

2−a2sin2 φ−a cos φ)sin φ ; y p=(√r p

Giải phương trình (2.21) và (2.22) với nhau, ta thu được tọa độ:

Từ hình 2.13, tìm được tọa độ giao điểm của đường (2.21) với biên dạng của đá

mài: x = rsinα, y = rcosα. Thay các tọa độ thu được х, y, хp, yp vào công thức (2.20), ta

t '

2−a 2sin2 α )−a cos α (2.23)

α=r−√( r p

được:

Tính đến các giá trị tα′ và các giá trị tα từ công thức (2.10), biểu thức (2.19) sẽ có

2−a2 sin2α −a cos α

∆ t α=t 0 cos0,625 α – r +√r p

công thức sau:

Thay vào công thức này các giá trị của a và rp từ công thức (2.17) và (2.18), thu

2 sin2 α −0,7 t 0 cos α (2.24)

∆ t α=t 0 cos0,625 α −r +√(r−0,3t 0)2−0,49t 0

được:

Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của giá trị xấp xỉ đến sự thay đổi độ sâu cắt tα sử

=cos0,625 α −0,7 cos α −

−0,49 sin2 α (2.25)

r t 0

t 0

∆ t α t α

−0,3)2

+√( r

dụng công thức (2.24), ta tìm được quan hệ Δtα/tα

Sai số tương đối Δtα/tα phụ thuộc vào tỷ số r/t0 và thay đổi theo góc α. Giá trị của

r/t0 tỷ số khi mài ren vượt quá r/t0 > 10. Giá trị của Δtα/tα được tính theo công thức (2.25),

phụ thuộc vào tỷ số r/t0 và góc α, được trình bày trong bảng:

Bảng 2.7. Sự phụ thuộc của sai số tương đối Δtα / tα vào tỷ số r / τ và góc α

α, độ

r/t

15 30 45 60 75 0

10 0,0007 0,0015 -0,0024 -0,0205 -0,0751 0

20 0 0,0016 0,0047 0,0040 -0,0109 -0,0631

50 0 0,0021 0,0065 0,0077 -0,0053 -0,0562

100 0 0.0022 0,0072 0,0090 -0,0035 -0,0538

Kết quả là đối với giá trị đã chọn của hệ số K = 0,7 là kết quả của tính gần đúng,

sự thay đổi chiều sâu cắt trong hầu hết các mặt cắt của đá mài không vượt quá 1% và chỉ

đạt 7,5% tại các đoạn cực trị (tại r/t0 = 10). Khi mài răng đều với độ sâu cắt nhỏ (t0 = 0,3

mm), những thay đổi này không vượt quá 0,01 mm. Theo các nghiên cứu [54 - 58], dành

riêng cho hiệu suất của độ mòn đá mài, các đặc tính của các đá mài có cùng nhãn hiệu và

thậm chí trong cùng một loại đá dao động trên một phạm vi rộng, khi mài cùng một loại

vật liệu với cùng điều kiện xử lý, dẫn đến sự lan truyền đáng kể trong tỷ lệ mòn của đá.

Do đó, chúng ta có thể giả định rằng những thay đổi về độ sâu của vết cắt ở mặt bên các

phần gây ra bởi sự gần đúng của biên dạng được tính toán bởi một cung của một vòng

tròn sẽ không dẫn đến một thay đổi đáng kể tỷ lệ hao mòn. Vì vậy, theo công thức (2.9)

độ mòn của đường tròn U là tỷ lệ thuận với giá trị của tx. Khi mài răng của các vít bị dẫn

х = 1,6. Sau đó, sự thay đổi trong độ sâu cắt 7,5% sẽ dẫn đến sự thay đổi tỷ lệ mài mòn ≈

12%, đây là mức không đáng kể phần của trường tán xạ của các giá trị của U [53 - 60].

Do đó, với mức độ vừa đủ của độ chính xác cho thực nghiệp, biên dạng đá mài

trục vít được tính toán có thể được tính gần đúng bằng một cung tròn.

2.3.2.2. Cơ sở lý thuyết quá trình mài và xác định biên dạng đá mài trục vít

a. Mối quan hệ động học của trục vít và đá mài [41, 42]

Các hệ tọa độ được định nghĩa như sau:

(a) (b)

Hình 2.15: Toạ độ quá trình mài

a. Tọa độ của đá mài

b. Toạ độ của trục vít

⃗r , ⃗ru Các phép biến đổi giữa σ và σu và σ và σ1 có thể được biểu diễn dưới dạng:

Hệ tọa độ σ nằm ở tâm điểm cuối phần của trục vít trục vít. Hệ tọa độ σu là cố định ở tâm của đá mài. Tọa độ chuyển động hệ thống σ1 được cố định tại tâm trục. Đá mài được coi là cố định trong quá trình làm việc, và răng được tạo ra khi thực hiện chuyển động trục vít xung quanh trục của với tham số vít p, trong đó p = H/2π; trục của đá mài và trục vít chéo nhau trong không gian, tạo thành góc lắp Σ. Au là khoảng cách giữa trục trục vít và đá mài. Hình 2.15 cho thấy mối quan hệ hình học giữa đá mài và trục vít. Trong quá trình mài, đá mài thực hiện quay quanh trục của nó, nhưng điều này liên quan đến tốc độ mài và có thể được bỏ qua khi các khía cạnh toán học của quá trình tạo răng được xem xét. Bán kính của điểm tiếp xúc M trong hệ tọa độ σ1 và σu là:

Phương trình 2.24 và 2.25 là quá trình chuyển động của đá và trục vít trong quá trình mài:

y z

yu zu

10 0 A u 0 cos ∑−sin ∑ 0 0 sin ∑ cos ∑ 0 0 0 0 1

(2.26)

y z

y1 z1

sin φ cos φ0 0 0 0 1 pφ 0 0 0 1

1)=( ( x 1)=(cos φ−sin φ 0 0 ( x

)( xu 1) )( x1 1)

(2.27)

b. Lý thuyết về phương pháp xác định biên dạng đá mài trục vít [48]

Hình 2.16. Cấu trúc 3 chiều của xoắn vít

Để có được các thông số cài đặt chính xác, mối quan hệ chuyển đổi tọa độ và chia lưới giữa trục vít và đá mài cần được thiết lập theo lý thuyết hình học không gian mài. Cho rằng mặt cắt ngang của trục vít bao gồm nhiều điểm rời rạc (xt, yt), như trong hình 2.16, phương trình bề mặt xoắn có thể được biểu diễn như sau:

y=xt sin θ− yt cos θ Z= pθ

{X=xt cos θ− yt sin θ

(2.28)

Trong đó p là tham số trục vít của trục vít và p = S/2π (S là số đầu mối trục vít)

Trục đá mài được mô tả toán học bằng nhiều điểm rời rạc (Zc, Rt), như trong hình 2.17,

Hình 2.17. Sơ đồ cấu tạo đá mài

Phương trình bề mặt quay của đá mài có thể được biểu diễn như sau:

Y c=Rt sin ∅ Z c=f ( R t)

{X c=Rt cos ∅

(2.29)

Trong đó Xc, Yc và Zc là phương trình quay vòng bề mặt của đá mài; Rt là bán kính

khi chiều rộng của đá mài là Zc; ∅ là góc giữa Rt và mặt phẳng XcOcZc; và chiều từ Xc đến Yc được xác định là chiều dương

Bề mặt trục vít được hình thành bởi chuyển động tương đối giữa đá mài và trục vít.

Hình 2.18 Cho thấy mối quan hệ hình học giữa đá mài và trục vít.

Hình 2.18. Mối quan hệ hình học giữa đá mài và trục vít

Góc lắp ω được hình thành do các trục bắt chéo của đá mài và trục vít. Khoảng cách giữa các trục và một điểm trên đường tiếp xúc lần lượt là T và M. O-XYZ là hệ tọa độ trục vít trục vít, trong khi O-XcYcZc là hệ tọa độ đá mài. Mối quan hệ hình học giữa hệ tọa độ đá mài O-XcYcZc và hệ tọa độ trục vít O-XYZ như sau:

Y =Y +T Z=Z c cos ω−X c sin ω

(2.30)

⃗j=⃗jc ⃗k=cos ω ⃗k c−sin ω ⃗ic

(2.31)

Y c=Y −T Z c= X sin ω+ Z cos ω

(2.32)

⃗k c=cos ω ⃗k−sin ω ⃗i

{X =X c cos ω+ Z c sin ω { ⃗i=cos ω ⃗ic +sin ω ⃗kc {X c= X cos ω−Z sin ω {⃗ic=cos ω ⃗i−¿ sin ω ⃗k ¿ ⃗jc=⃗j

(2.33)

⃗i ⃗j ⃗k Là các vectơ đơn vị trong hệ tọa độ trục vít trục vít O-XYZ

Trong đó: ⃗ic , ⃗jc , ⃗kcLà vectơ đơn vị trong hệ tọa độ đá mài O-XcYcZc

Từ đó xác định mô hình biên dạng đá như sau:

Biên dạng của răng trục vít được hình thành sau khi biết được biên dạng của đá.

Phương trình đường tiếp xúc có thể được biểu diễn dưới dạng:

( ⃗k × ⃗r + p ⃗k) . ⃗n=0

(2.34)

Trong đó:

⃗n=

⃗r =⃗OMlà vectơ hướng tâm của M trong O-XYZ. Trong hệ tọa độ trục vít trục vít O-XcYcZc, và ⃗nlà vectơ pháp tuyến tại M. Thành phần của vectơ pháp tuyến ⃗ntại ba trục tọa độ có thể được tính theo phương trình sau:

∂ ⃗r ∂ t

∂ ⃗r ∂ θ

∂ Z ∂t ∂ Z

∂ X ∂t ∂ X ∂θ

⃗i ⃗j ⃗k ∂ y ∂t ∂ Y ∂ θ

∂θ|

(2.35)

Thay t và θ trong phương trình (2.29) bằng đạo hàm riêng tương ứng của chúng, ta

cos θ−

sin θ

có thể thu được mối quan hệ sau:

sin θ+

cos θ

∂ t ∂ Y ∂ t

d xt dt d xt dt

d yt dt d yt dt

∂ Z ∂ t

=−xt sinθ− yt cos θ

(2.36)

=xt cos θ− y t sin θ

∂θ ∂ Y ∂θ

= p

∂ X ∂ θ

(2.37)

{ ∂ X { ∂ X

sin θ+

cos θ−

n x= p( d xt n y=− p( d xt

cos θ) sin θ)

d y t dt d yt dt

cos θ−

sin θ+

nz=( d xt

sin θ)( x t cos θ− yt sin θ)−¿ (−x t sinθ− yt cos θ )( d xt

cos θ)

d yt dt

Thay thế các phương trình (2.36) và (2.37) thành phương trình (2.38) sẽ thu được kết quả sau:

{

(2.38)

¿ (2.39)

Thay (2.32) và (2.33) vào Phương trình (2.34) thì thu được:

Trong đó K là đạo hàm bậc nhất của yt so với xt, có thể thu được bằng MATLAB (The MathWorks, Inc., Natick, MA, USA). Như có thể thấy từ các phương trình trên, biến θ chưa biết duy nhất có thể được tính toán bằng cách sử dụng toạ độ điểm khi cho biến thay đổi. Do đó, cả đường tiếp xúc và biên dạng đá mài đều có thể được giải quyết.

c. Phương pháp tạo biên dạng đá mài trục vít

Sau khi đã xác định được biên dạng đá dùng các phần mềm hiện đại để xác định biên dạng cho đá để mài trục vít. Trong công việc này, có các giải pháp được đề xuất để định hình dụng cụ đĩa trong gia công đường xoắn ốc mặt trụ có tung độ không đổi. Phương pháp đồ họa đã được phát triển trong AutoCAD môi trường cùng với một môi trường phân tích. Có các giải pháp được trình bày cho trục công cụ đĩa ở cả dạng phân tích và đồ thị. Trình bày một vấn đề xác định hình dạng thực trên bất kỳ mặt cắt nào của bề mặt xoắn ốc, đặc biệt là trên mặt cắt bình thường đối với đường xoắn dẫn, trong khi các tài liệu khác chỉ đề cập đến phần dọc theo trục và chéo tiết diện. Sử dụng phương pháp kết hợp giữa phân tích, đồ họa và lập trình để giải vấn đề đó, áp dụng để thiết kế dụng cụ cắt trong gia công bề mặt hình trụ xoắn.

Các giải pháp phân tích cho các công cụ định hình được tạo ra bởi các bề mặt bao là phổ biến và đã được sử dụng lâu dài. Các giải pháp này dựa trên nền tảng cơ bản định lý của các bề mặt bao chẳng hạn như định lý đầu tiên của Olivier [60, 62] và của Gohman định lý cơ bản [61, 62]. Ngoài ra, thường xuyên được sử dụng là định lý Nicolaev [63, 64], dựa trên sự phân hủy chuyển động xoắn ốc. Các phương pháp phân tích bổ sung cũng có được phát triển gần đây hơn. Các ví dụ bao gồm phương pháp "khoảng cách tối thiểu" [65] và phương pháp "quỹ đạo tạo trong mặt phẳng" [66]. Một giải pháp biên dạng dựa trên Bezier Các đa thức gần đúng cho đường xoắn ốc bề mặt generatrix [67, 68] cũng đã được đề xuất gần đây. Giải pháp này cho phép xác định lưỡi cắt của công cụ thông qua vô số điểm dọc theo răng trục vít để được tạo ra với độ chính xác có thể chấp nhận được từ góc độ kỹ thuật này, các phương pháp cho phép thu được giải pháp khắt khe và gợi mở cho người thiết kế. Sự phát triển của môi trường thiết kế đồ họa cho phép tạo ra biên dạng có hình dạng phức tạp và phần mềm chuyên dụng để giải quyết vấn đề tạo ra các bề mặt xoắn ốc bằng chất rắn mô hình hóa [66 - 71].

2.4. Kiểm tra độ chính xác gia công bằng độ tiếp xúc ăn khớp cho bộ truyền trục vít - bánh vít

2.4.1. Cơ sở lý thuyết xác định vết tiếp xúc

2.4.1.1. Lý thuyết biểu diễn bề mặt răng

Trong tài liệu [81], đã dựa trên cơ sở nghiên cứu về lý thuyết ăn khớp phẳng và ăn khớp không gian bằng phương pháp giải tích đã chỉ ra rằng: Bề mặt làm việc của

⃗r =x(u , v) ⃗i+ y (u , v ) ⃗j+ z (u , v) ⃗k

bánh răng trong không gian sẽ được biểu diễn hợp lý nhất thông qua phương trình thông số véc-tơ. Véc-tơ bán kính của điểm nằm trên bề mặt làm việc (hình 2.19) được xác định trong hệ tọa độ Đề các tuyệt đối có dạng như sau:

Trong đó:

⃗i , ⃗j , ⃗k- Véc-tơ chỉ phương lần lượt theo trục x, y, z

u, v – Các thông số của phương trình bề mặt

Hình 2.19. Thông số bề mặt không gian

≠ ⃗0

Theo hình học vi phân thì hai thông số u, v được coi là độc lập khi thỏa mãn điều kiện:

∂ ⃗r ∂u

∂ ⃗r ∂ v

(2.40)

Nếu một trong hai thông số u, v không đổi thì phương trình (2.40) sẽ trở thành phương trình đường cong. Giả sử: v = vi = const thì phương trình (2.40) sẽ trở thành phương trình đường cong thông số u: r = r(u,vi), ngược lại nếu u = ui = const thì phương trình (2.40) sẽ trở thành phương trình đường cong thông số v: r = r(u,vi)

2.4.1.2. Lý thuyết ăn khớp

Theo [78, 83] Để nắm được về lý thuyết ăn khớp bánh răng đầu tiên chúng ta cần hiểu rõ về lý thuyết ăn khớp trong không gian. Công trình nghiên cứu [78] là công trình nghiên cứu cơ bản đầu tiên về lý thuyết ăn khớp không gian, trong nghiên cứu này tác giả đã trình bày lý thuyết chung về tạo hình bề mặt răng ăn khớp trong không gian đối tiếp bằng phương pháp bao hình. Theo lý thuyết khi xét đến điều kiện tiếp xúc thì hai bề mặt răng được hình thành sẽ có tiếp xúc với nhau theo điểm hoặc đường. Sau này các nhà nghiên cứu đã ứng dụng kết quả trên với luận điểm: Tại điểm tiếp xúc của hai bề mặt đối tiếp ăn khớp với nhau trong không gian thì véc-tơ chuyển động tương đối cần phải nằm trong mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt đối tiếp. Việc này có thể được diễn giải như sau: Khi ăn khớp, hai bề mặt răng chỉ tiếp xúc với nhau tại một điểm duy nhất trong

mọi thời điểm (hình 2.20), để tìm được điểm tiếp xúc M của hai bề mặt tại một thời điểm

bất kỳ thì chúng ta cần biểu diễn hai bề mặt trên dưới dạng phương trình véc-tơ (1 và

2). Khi đó để thỏa mãn điều kiện ăn khớp thì tọa độ điểm ăn khớp M 1 của bề mặt 1 trên hệ quy chiếu cố định (O1X1Y1Z1) và tọa độ điểm ăn khớp M2

Hình 2.20. Mô tả tiếp xúc bề mặt không gian

2.4.1.3. Lý thuyết hình thành vết tiếp xúc

Hình 2.21. Tiếp xúc elip

Tại mỗi điểm tiếp xúc giữa hai bề mặt răng thì dưới tác dụng của tải trọng và tính biến dạng dẻo của vật liệu chế tạo mà hai bề mặt răng sẽ tiếp xúc với nhau trong một vùng tiếp xúc xung quanh điểm tiếp xúc lý thuyết. Vùng tiếp xúc này là một hình elip có tâm đối xứng là điểm tiếp xúc lý thuyết và có kích thước phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu, độ cong bề mặt răng và hướng của bề mặt tiếp xúc (hình 2.20). Trong các nghiên cứu của mình, Litvin đã nghiên cứu và mô hình hóa toán học được vùng tiếp xúc elip này với thông số bán kính được mô tả bằng công thức sau:

a = 2√¿ ¿ (2.41)

Bán kính nhỏ

b = 2√¿ ¿

- k1I và k1II là độ cong của bề mặt răng chủ động

- k2I và k2II là độ cong của bề mặt răng bị động

- ⃗e1 và ⃗e2 là véc tơ chính phương của hai bề mặt

Răng tại điểm tiếp xúc lý thuyết:

- δ là biến dạng dẻo vật liệu

- σ là góc tạo bởi ⃗e1 và ⃗e2

2.4.2. Thực nghiệm xác định vết tiếp xúc

Vết tiếp xúc được kiểm tra bằng cách bôi lên bề mặt răng một lớp sơn rồi cho hai bánh răng quay ăn khớp với nhau (có thể một bánh răng cần kiểm tra và một bánh răng mẫu), sau đó dừng máy và xác định vị trí và diện tích của vết tiếp xúc.

Cách thực hiện kiểm tra vết ăn khớp răng:

+ Lau khô sạch bề mặt răng

+ Bôi màu chuyên dụng (Prussian Blue, xanh phổ, đỏ) lên bề mặt răng của bánh vít và quay cho cặp trục vít - bánh vít ăn khớp trong hộp số.

+ Vết ăn khớp sẽ được biểu thị bằng vị trí mất màu trên mặt răng bánh vít, hoặc có thể dùng băng dính Scotch Magic tape 3M - 810 chuyên dụng để thấm/in vết mực trên trên mặt răng để copy vết tiếp xúc. Từ đó theo [81 … 85] để xác định vết tiếp xúc của cặp răng ăn khớp.

2.5. Kiểm tra độ nhám bề mặt

Đo biên dạng bề mặt đá mài, về cơ bản giống đo độ nhám bề mặt. Một đầu dò đi kèm với bộ biến đổi vị trí được kéo di trượt trên bề mặt răng trục vít để nhận được các vết hình dạng, hình 2.22. Tín hiệu hình dạng có thể được phân tích thành thành phần thứ nhất mà bước sóng của nó phù hợp với khoảng cách trung bình giữa các hạt, thành phần thứ 2 có bước sóng ngắn hơn, đại diện cho khoảng cách lưỡi cắt. Kết quả nhận được từ việc đo hình dạng bề mặt đá mài có thể được sử dụng trực tiếp như là tín hiệu đầu vào cho quá trình mô phỏng gia công mài. Trong thực tế phương pháp đo biên dạng còn tồn tại nhiều hạn chế: Biên dạng đá mài không biểu thị hình ảnh ba chiều bề mặt đá, chỉ biểu thị mặt phẳng cắt ngang hình dạng bề mặt đá mài, một số vị trí đầu dò không xâm nhập được, do hạn chế của đường kính đầu dò.

Hình 2.22. Sơ đồ nguyên lý đo theo biên dạng

Sử dụng thiết bị đo độ nhám bề mặt:

Thông số kỹ thuật:

Lực đo: 0,75 mN (ISO 3274)

Đơn vị: mm & inch

Tiêu chuẩn: ISO 3274

Sai số tối đa cho phép: Precisison class 1 theo ISO 3274

Độ phân giải: 0,001 µm

Chất liệu: Đầu bút kim cương góc 90°, R = 2 µm

Kích thước: 122 x 53 x 81 mm

Nguyên lý đo nhám bề mặt trục vít Acsimet

2.6. Đánh giá độ tiêu hao đá

Để đánh giá tuổi bền của đá khi mài dùng chỉ tiêu đánh giá độ tiêu hao đá khi mài trục vít Acsimet. Thực nghiệm cho thấy, tuổi bền của đá mài phụ thuộc vào chế độ mài, đặc tính đá mài, điều kiện mài, yêu cầu độ chính xác và chất lượng của bề mặt gia công. Quan hệ giữa tuổi bền và độ mòn của đá mài có dạng như sau:

U = Ct/Tm (2.42)

Trong đó: U – Độ mòn của đá mài (µm).

T – Tuổi bền của đá mài (phút).

Ct, m – Hệ số và số mũ phụ thuộc vào điều kiện mài

Bên cạnh đó công thức thực nghiệm để tính độ mòn đá phụ thuộc vào chế độ cắt

như sau:

U = ctxsyvz (2.43)

Trong đó: c là hệ số phụ thuộc vật liệu gia công

vw: vận tốc tiến dao dọc của bàn máy.

Các nghiên cứu chưa đưa ra được lượng tiêu hao đá khi mài răng trục vít. Vì vậy trong luận án đưa ra ảnh hưởng của chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá qua thực nghiệm đo lượng mất đi của đá mài trong quá trình mài tinh.

2.7. Xác định biên dạng đá để mài trục vít Acsimet

2.7.1. Cơ sở lý thuyết

Theo lý thuyết ở trên thì hàm biến thiên chỉ còn 1 biến là chiều cao răng hoặc góc quay φ là biến của hàm bậc nhất. Vì vậy mô hình toán học mài trục vít Acsimet được xác định như sau:

1. Chọn 1 hệ trục tọa độ Oxyz:

– Trục Ox trùng với hướng trượt bàn dao ngang của máy

– Trục Oy hướng thẳng đứng theo chiều từ tâm máy xuống dưới

– Trục Oz trùng với đường tâm của máy hướng từ mâm cặp ra ụ động

– Tâm O nằm tại tiết ngang của phôi

– Ở vị trí mặt cắt đi qua chính giữa tiết diện ren đang được mài.

Hình 2.23. Mô hình mài trục vít Acsimet

2. Xác định phương trình các mặt răng.

+ Gọi số 1 là mặt răng khi mài thuận phải:

- Phương trình của mặt ren này là:

Với r f ≤ r ≤ re ; φ=0 ÷ 6 ×2 π (6 vòng ren)

+ Gọi số 2 là mặt răngkhi mài thuận trái:

- Phương trình của mặt ren này là

Với r f ≤ r ≤ re; φ=0 ÷ 6 ×2 π (6 vòng ren)

+ Mặt phẳng tiết diện ngang của đá mài: chứa trục Ox, nghiêng so với trục Oz một góc . Khi mài ren xoắn phải - góc có hướng từ chiều dương trục Oz quay ngược chiều kim đồng hồ; khi mài ren xoắn trái - góc có hướng quay ngược lại.

Phương trình mặt phẳng cắt xuyên tâm dọc trục của đá là:

- Gọi số 3* là Phương trình mặt phẳng cắt xuyên tâm dọc trục khi mài mặt ren phía bên phải: y=−z . tg

- Gọi số 3** là Phương trình mặt phẳng cắt xuyên tâm dọc trục khi mài mặt ren phía bên trái: y=−z . tg

m. z D

z là số đầu mối, D đường kính chia của trục vít.

Ở đây: + là góc nghiên của đường ren: tg= với m là modun của đường xoắn ren,

+ α góc tiết diện ren (góc profin) ở đây α =20 °

π . m. z 2 π

+ a là hệ số a=

+ Góc φ là góc cực, tính theo radian (rad), trong một trục tọa độ Oxy, tính từ hướng dương Ox.

+ r là là bán kính cực, mm

+ r f ,r e : bán kính đáy ren, đỉnh ren tương ứng,mm

+ Df , De : đường kính đáy ren, đỉnh ren tương ứng, mm

3. Biên dạng đá mài (profin đá): Khi mài mặt ren bên phải là giao tuyến của mặt số 1 với mặt số 3*; Khi mài mặt ren bên trái là giao tuyến của mặt số 2 với mặt số 3** Đây là mục tiêu cần tìm :

+ Đối với ren xoắn trái cần làm như sau:

- Gọi Số 4: Mặt ren bên phải có phương trình:

- Gọi số 5: Mặt ren bên trái có phương trình:

+ Phương trình mặt phẳng cắt xuyên tâm dọc trục của đá:

- Gọi số 6* là Phương trình mặt phẳng cắt xuyên tâm dọc trục khi mài mặt ren bên phải: y=z . tg

- Gọi số 6** là Phương trình mặt phẳng cắt xuyên tâm dọc trục khi mài mặt ren bên trái: y=z . tg

4. Biên dạng đá mài (profin đá): Khi mài mặt ren bên phải là giao tuyến của mặt số 4 với mặt số 6*; Khi mài mặt ren bên trái là giao tuyến của mặt số 5 với mặt số 6**

– Đây là mục tiêu cần tìm:

Nhận thấy các phương trình của các mặt là đối xứng nên chỉ cần xác định biên

dạng của 1 mặt còn các mặt khác tương tự.

2.7.2. Xác định biên dạng đá để mài trục vít Acsimet

Quy trình thực hiện: Xác định biên dạng đá cho mài mặt răng phải như sau: Cho 2 phương trình biên dạng răng và phương trình mặt phẳng cắt xuyên tâm dọc trục của đá chạy trên phần mềm matlap, trong đó có 2 biến φ và r như sau: r = rf - re với gia số ∇ = 0,2 mm. Đối với trục vít m = 3; z = 1 thì có 35 khoảng vậy φ xét trong khoảng 0 – 90 0 nên ∆ = 30. Từ phần mềm sẽ cho ra biên dạng đá cần tìm. Các mặt khác tương tự như trên. Có thể dùng phương pháp xác định các điểm toạ độ khi cho 1 biến r hay φ thay đổi sau khi khử đi 1 trong 2 biến trên như sau:

Hình 2.24. Sơ đồ thuật toán xác định biên dạng đá mài

Thông số cơ bản của trục vít m = 3; z = 1

11,25 rf

0,364 tgα = tg200

3 m

1 z

30 D

0,1 tg = (m.k)/D

18 re

1,5 a = m.z/2

Mặt răng Acsimet có dạng:

Hình 2.25. Biên dạng răng khi mài

Số 3* - Phương trình cân bằng mặt phẳng này là:

- Khi mài mặt ren phía bên phải: y=−z . tg có dạng:

Mat 3

-1.5

-2

-2.5

-3z

-3.5

-4

-4.5 0.8

0.6

0.4

0.2

-ztg

r cosφ

Hình 2.26. Mặt phẳng giao tuyến của phương trình cân bằng

Như vậy giao tuyến giữa mặt số 1 và mặt số 3* chính là biên dạng đá cần tìm, giao tuyến đó có dạng:

Hình 2.27. Biên dạng đá mài

Khi đó ta xác định được biêng dạng như sau: Theo phương pháp xác định tọa

Quan hệ y theo x

Quan hệ z theo x

Giao tuyến cắt

độ điểm của giao tuyến. Sử dụng matlap vẽ biên dạng như sau:

Hình 2.28. Kích thước của biên dạng đá mài

Từ biên dạng đó ta xác định được chiều cao của biên dạng là:

Chiều cao biên dạng đá Chọn h = 8 mm

Chiều rộng biên dạng đá Chọn l = 4 mm

Từ đó đưa ra được biên dạng đá mài như sau:

Hình 2.29. Đá mài để gia công

+ Phương pháp mài thuận mặt bên trái

Như vậy giao tuyến giữa mặt số 1 và mặt số 3** chính là biên dạng đá cần tìm, giao tuyến đó có dạng:

Hình 2.30. Biên dạng đá mài bên trái

Có biên dạng tương tự nhưng đối xứng nhau của mặt mài thuận phải

- Chiều cao biên dạng đá: Chọn h = 8 mm

- Chiều rộng biên dạng đá: Chọn l = 4 mm

Như vậy có thể dùng đá 1 mặt để mài nhưng lưu ý phải quay mặt đá để mài các

hướng khác nhau.

2.8. Phương pháp gia công và mài trục vít

Trục vít Acsimet sử dụng cho thí nghiệm có thông số lựa chọn là modun m = 3; số đầu mối z = 1 dựa trên tiêu chuẩn Việt Nam bộ truyền được lựa chọn được sử dụng rộng rãi trọng thực tế với tỷ số truyền i từ 30 đến 80

Số mối ren được chọn theo tỉ số truyền:

i = 8…15  z = 4

i = 16…30  z = 2

80  i  30  z = 1

Sau đó theo tính toán chọn modun cho trục vít m = 3

2.8.1. Đặc điểm của các loại trục vít – bánh vít.

(1). Cặp trục vít –bánh vít với trục vít thân khai có thể coi như bánh răng hình trụ nghiêng với số răng bằng số đầu ren của trục vít và với góc nghiêng của răng lớn. Do đó đối với trụ vít thân khai, tương quan giữa các yếu tố ăn khớp cũng đúng như đối với bánh răng răng nghiêng. Cũng như bánh răng thân khai răng nghiêng, trục vít thân khai có thể ăn khớp với thanh răng răng nghiêng. Ở Anh trục vít thân khai được lấy làm tiêu chuẩn (tiêu chuẩn BSS N° 721−1937 ¿ .Trong tiết diện đi qua đường trục làm trục vít, bề mặt làm việc của đường xoắn của trục vít có biên dạng một bên lá đường thẳng và bên kia là đường cong. Trong tiết diện dọc trục, bánh vít của cặp trục vít – bánh vít nay có biên dạng răng là các đường thẳng.

Hình 2.31. Trục vít thân khai

(2). Cặp trục vít – bánh vít với trục vít có profil (biến dạng) thẳng ở tiết diện dọc trục (trục vít Acsimet). Trong tiết diện đi qua trục của trục vít Acsimet, bề mặt làm việc của đường xoắn trục vít có biên dạng đường thẳng. Trong mặt phẳng tiết diện, thẳng góc với đường nâng của đường xoắn ốc, bề mặt làm việc của đường xoắn của trục vít có biên dạng đường cong trong tiết diện dọc trục, bánh vít có biên dạng răng thân khai. Ở Liên

Xô trục vít Acsimet được lấy làm tiêu chuẩn. Modun tiêu chuẩn lấy ở tiết diện dọc của trục vít (ГOCT 2144-43).

Hình 2.32. Trục vít có Acsimet

(3). Cặp trục vít - bánh vít với trục vít có profil thẳng trong tiết diện pháp. Trong tiết diện nằm nghiêng với đường trục một góc bằng góc nâng, bề mặt làm việc của đường xoắn của trục vít có biên dạng đường thẳng. Biên dạng tiêu chuẩn được lấy trong tiết diện pháp của đường xoắn. Trục vít của loại này có thể là có biên dạng đường thẳng theo đường xoắn hay là có biên dạng đường thẳng theo rãnh xoắn. Bánh vít của cặp vít – bánh vít này trong tiết diện dọc trục có biên dạng răng là các đường cong.

Phân loại các cặp trục vít – bánh vít theo độ chính xác chế tạo. Tùy theo độ chính xác chế tạo của cặp trục vít, bánh vít, với bánh vít bằng kim loại được gia công sơ và với trục vít hình trụ (Acsimet, thân khai, và có profil thẳng trong tiết diện pháp), tiêu chuẩn cũ (ГOCT3675-47) phân ra 4 cấp chính xác.

2.8.2. Cắt các trục vít trên máy tiện

Phương pháp chủ yếu để chế tạo các trục vít là cắt trên máy tiện. Khi đặt dao thích ứng có thể cắt các trục vít có tất cả các profil hiện hành của đường xoắn. Muốn vậy cần phải có điều kiện:

(1). Profil của dao phải đồng nhất với profil của răng thanh răng trong tiết diện xác định của đường xoắn trục vít

(2). Dao phải đặt sao cho lưỡi cắt của nó trùng với mặt phẳng của tiết diện, mà thanh răng được xác định để xây dựng profil của dao.

Sơ đồ cắt và đặt dao khi gia công các trục vít có profil đường xoắn khác nhau,

được thể hiện trên hình 2.33.

Hình 2.33. Sơ đồ cắt trục vít

Để cắt trục vít Acsimet có góc nâng A≤ 2−3 °(h.2.33 a), có thể sử dùng dao cắt hai bên với lưỡi cắt thẳng. Profil của dao phải tương ứng với profil trong tiết diện chiều trục của đường xoắn trục vít, còn lưới cắt của nó phải nằm trong mặt phẳng trục ngang của trục vít.

Để cắt các trục vít Acsimet có góc nâng A¿ 2−3 °(h.2.33 b) cần phải sử dụng hai dao cắt. Việc cắt các mặt bên của đường xoắn tiến hành bằng dao cắt một bên có lưỡi cắt thẳng, nằm trong mặt phẳng trục ngang của trục vít.

Để cắt những trục vít thân khai có thể sử dụng các dao cắt có lưỡi cắt thẳng, nằm trong mặt phẳng tiếp xúc với hình trụ cơ sở của trục vít, điều đó được thực hiện bằng cách nâng dao lên hay hạ dao xuống.

Ở trục vít xoắn phải (h.2.33 c) phía bên trái của profil đường xoắn được cắt bằng

dao đặt trên trục tâm, còn phía bên phải – dao đặt dưới trục tâm.

2.9. Phân tích để gia công trục vít

2.9.1. Hệ tọa độ chung của chuyển động tương đối của trục vít và dụng cụ cắt

Trong quá trình gia công trên máy phay CNC nhiều trục nằm ngang, trục vít trục vít thực hiện một đường xoắn chuyển động trên bàn làm việc và dụng cụ cắt quay quanh trục của nó. Về mặt lý thuyết, khi dụng cụ cắt đang cắt bề mặt răng của trục vít, một đường tiếp xúc tức thì sẽ được hình thành giữa cả hai, giả sử rằng cả hai chúng phải tiếp tuyến và vectơ pháp tuyến của mỗi điểm tiếp xúc phải đi qua dụng cụ cắt. Đường cong biên dạng của dụng cụ cắt có thể thu được bằng cách sử dụng đường tiếp xúc để quét

xung quanh dụng cụ cắt. Hệ tọa độ của chuyển động tương đối giữa trục vít trục vít và dụng cụ cắt, như thể hiện trong hình 2.34.

Hình 2.34. Hệ tọa độ chung chuyển động tương đối giữa trục vít và dụng cụ cắt

2.9.2. Cấu hình trục vít

Chất lượng thiết kế của biên dạng răng trục vít là duy nhất; nó phụ thuộc vào chức năng. Giả sử rằng biên dạng răng trục vít được đưa ra dưới dạng bộ điếm dữ liệu theo chất lượng thiết kế của nó, áp dụng Cubic-Spline như một phương pháp lắp đường cong. Để kiểm soát sai số bình thường của biên dạng răng được tạo ra trên trục vít trục vít gia công, một góc nghiêng ở vị trí ban đầu của biên dạng răng trục vít dữ liệu điểm rời rạc cần phải được thiết lập [80, 81], như trong hình 2.35 (a). Sau đó, biên dạng răng trục vít đã dịch chuyển ra có thể được thu nhận bằng cách thêm độ lớn vectơ pháp tuyến đối với biên dạng răng quay theo góc nghiêng μ như trong hình 2.35 (b)

(a) (b)

Hình 2.35. Biên dạng trục vít

(a) Độ nghiêng biên dạng trục vít, (b) Mặt cắt ngang trục vít được dịch chuyển

r s(u , θ)=⌊

−xa(u)sin θ+ ya(u)cos θ spθ 1

xs y s zs 1

⌋=[ xa(u)cos θ + ya(u) sinθ

]

n s(u , θ)=

∂θr s |∂θr s

' × ∂θ rs '| ' × ∂θ rs

' =[ xs (u ,θ ), ys (u , θ) , spθ , o] r s

Các bề mặt trục vít trục vít có thể được hình thành bởi chuyển động xoắn trong biên dạng răng ngang dọc theo hướng trục. Dựa trên biên dạng răng ngang của trục vít dịch chuyển rs [𝑥𝑎 (𝑢), 𝑦𝑎 (𝑢)], bề mặt răng trục vít r𝑠 và vectơ pháp tuyến đơn vị của nó n𝑠, được tính như sau:

Trong đó u và 𝜃 là các biến bề mặt của trục vít và tham số sp là đạo hàm đơn vị của trục vít

2.10. Mô hình hoá trạng thái làm việc của đá mài để xác định lượng tiêu hao đá và phương pháp chọn đá mài

2.10.1. Mô hình toán học trạng thái mài

Trạng thái hiện tại của bề mặt làm việc của đá mài có thể được đặc trưng bởi thống kê tương ứng đặc điểm của hình thức của nó, xác định các đặc điểm thống kê thứ cấp của hình dạng phôi. Đổi lại, đặc điểm thống kê của hình dạng hạt mài được xác định bởi hình dạng của các cạnh cắt và số lượng, sự phân bố, dạng dao ban đầu, vật liệu phôi và sự hiện diện của các hạt phôi trên quá trình cắt các cạnh và trong lỗ đá mài, v.v... Một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến quá trình mài là hình dạng của các cạnh cắt và hướng của chúng. Dạng ban đầu của đỉnh hạt có thể được biểu diễn bằng một paraboloid luân chuyển [85, 86]. Trong quá trình xử lý, các cạnh cắt trở nên cùn và các mặt phẳng bị mòn, tạo thành các đỉnh bị cắt ngắn, xuất hiện trên các hạt. Hình dạng của các mặt phẳng mòn được xác định bởi dạng ban đầu của mỗi hạt và bởi chung đặc điểm của đá mài. Trong mặt phẳng của véc tơ vận tốc cắt, đỉnh thớ bị mài mòn bằng bán kính tròn bằng bán kính của đá mài. Số lượng các cạnh cắt sau khi gia công n z0 có thể được tính bằng các biểu thức từ nghiên cứu [86]. Số lượng Các cạnh cắt trên bề mặt làm việc của dụng cụ có thể thay đổi trong một khoảng thời gian của tuổi thọ dụng cụ - để tăng ngay sau khi mài và giảm trong quá trình mài, do thực tế là một phần của hạt bị hỏng và bị vỡ ra khỏi liên kết của đá mài. Sự phá hủy lưỡi cắt có thể xảy ra trong trường hợp vượt quá lực cắt của độ bền kéo thớ, hoặc trong trường hợp vượt quá độ bền liên kết

Pt=τ sh FCS kT(1+ μ

kn), PH=τ sh F CS k N

(ξ +1)

kt=−tgγ

+ 1, k n=−k N

tgγ =

, F CP=

1+ ξ2 2 −π 4

b a

tgγ 2 ab m+1

giữ các hạt đang hoạt động. Vì vậy, để mô tả sự mất mát của hạt biểu thức tính lực cắt, được A.V. Korolyov [86], có thể được sử dụng:

}(2.44)

trong đó: τsh là giới hạn ứng suất cắt;

Fcs là diện tích của mặt cắt ngang;

μ là hệ số ma sát trượt giữa hạt và vật liệu phôi;

γ là góc cào của lưỡi cắt thớ;

ξ là giá trị của vật chất tương đối sự cắt xén;

m là tham số xác định tỷ lệ ellipse; a là độ sâu cắt nhỏ của hạt;

b là chiều rộng của hạt ở cấp độ cắt.

Xác định chiều sâu cắt nhỏ là chiều sâu cắt thực tế trên vòng quay thứ i của đá

mài: ai = tfi = Ri + ri – Ai.

0,5 .

Để tính toán các thành phần lực cắt và độ nhám bề mặt, có thể viết mô hình cho

chiều rộng thớ b ở cấp tfi ở dạng: bz = Cbtf

Phân tích lực giữ hạt trong liên kết, bởi vì nó đặc trưng cho sự bóc tách và mất mát của hạt. Đối với trạng thái đá mài sau khi tạo biên dạng, nó được đưa ra bởi A.V. Korolyov:

2[ τ b .t ] d0 N 2−N 3 Pn ∕ Pt

2[ τ b .t ] d0 N 2+ N 3 Pn ∕ Pt

2 V B (V B+ B P)2 ×

2 V B (V B+V P)2 ×

(2.45)

PT . Cr= 3√

, PT . Cr= 3√

2 x01

2 6 d 0

2 ac

2 bc

X 01

N 2+

×(1−

d ); N 3=

d )/1−(1−

d )3

π d2(1−

; l01=δ b+ ac(1−

ac )

2 bc 81 01d 0 4 N 1 π d 0

Trong đó:

bc là đường kính của phần tiếp xúc giữa hạt và liên kết; do là đường kính của hình cầu, có thể là bao quanh hạt ở mức liên kết; d là kích thước lưới đá mài; x 01 là khoảng cách từ vòng quay của hạt trục đến tâm hạt; δb là giá trị của hạt nhô ra dưới liên kết đá mài sau khi mài; aс là độ sâu của hạt thiết lập vào liên kết đá mài; l01 là khoảng cách từ

trục quay của hạt đến mức liên kết dưới lực tiếp tuyến hoạt động; N1 là hệ số xác định góc cào hạt; PN, PT lần lượt là pháp tuyến và lực tiếp tuyến;

VB, VP lần lượt là thể tích của đá mài chứa đầy liên kết và lỗ rỗng; τb.t và τb.c là liên

kết giới hạn độ bền kéo và nén tương ứng.

Từ các phương trình được xem xét ở trên, nó tuân theo các thông số chính, ảnh hưởng đến việc giữ lại hạt trong liên kết, là độ sâu của hạt thiết lập thành liên kết của đá mài aс và giá trị của hạt nhô ra dưới liên kết của hạt mài δ b. Các thông số δb, aс được định nghĩa ngay sau khi thay đá mài, tùy thuộc vào các điều kiện của nó, và chúng đặc trưng cho trạng thái ban đầu của đá mài.

Để phân tích ảnh hưởng của mài mòn đến chức năng của sự phân bố các cạnh cắt, bằng cách sử dụng phương pháp được đề xuất trong [86], chọn trên bề mặt đá mài sau khi tạo biên dạng mài phù hợp yêu cầu gia công và sau khi mài mòn trong thời gian t lớp với cùng số lần cắt các đỉnh cạnh. Để làm điều đó, chỉ cần di chuyển bề mặt ngoài có điều kiện của dụng cụ bằng giá trị lớn nhất hạt nhô ra mòn hg(0), và mức u bằng giá trị của mép lớp này mòn hg (u΄) (hình 2.36)

Hình 2.36. Sơ đồ thay đổi trạng thái hạt do mài mòn các cạnh cắt

Biểu thị tọa độ của mức từ bề mặt bên ngoài có điều kiện mới bằng u΄

u'=u+ hg (u')−hg( 0)

(2.46)

Nếu không có sự cố nào của các hạt, thì hàm của mật độ phân bố thay đổi như

F ξ' ( u' )=F ξ(u)

(2.47)

Kết hợp (2.55) và (2.56) ta được hàm tích phân của xác suất cắt các cạnh mật độ

F ξ' ( u' )=F ξ(u '+ hg (0)−hg(u')) (2.48)

phân phối trong công thức:

Hàm vi phân của xác suất mật độ phân bố hạt trong chiều sâu biên dạng đá sau mài có thể là thu được bằng cách phân biệt trực tiếp phương trình (2.47) và sau khi thay thế (2.48) vào vế phải của phương trình nhận được mối quan hệ:

f ξ' (u' )=f ξ (u)[1−d (h g( u' )/ d (u '))]

(2.49)

Nếu giá trị của độ mòn các cạnh cắt tỷ lệ với khoảng cách H(u΄), tức là hg(u΄) = Ch(H-u΄) τ, thì mật độ phân phối hạt mài được mô hình hóa bởi sự phụ thuộc vào:

f ξ (u)=C f [ u'+C h ( H−u' ) τ −h g(0 )]

(2.50)

Theo (2.49) xác suất tăng số hạt trong lớp làm việc của đá mài là được xác định

P(t ¿¿ f )=¿¿ (2.51)

bằng cách tích phân trên u΄ (2.50) trong khoảng từ tf đến tf + ΔR(τ)

=¿ (2.61)

n sp

Phép nhân P(tf) với ng0 cho ra biểu thức tính số cạnh cắt trong lớp làm việc của đá mài:

Tốc độ tăng trưởng số lượng hạt có thể được xác định bằng sự khác biệt trực tiếp

χ) ¿))

S P=( A 1

χ + A2

của (2.52) theo thời gian:

A1=tf +Ch τ (h g (0)−∆ r) ; A 2=t f −h g( 0)−∆ r C h τ ; A 3=n3 (0) C f Ch / χ (1−Ch τ ) ; ∆ r =t f− H

Trong đó:

Tỷ lệ tổng thể của số lượng hạt thay đổi theo (2.41), (2.42), (2.46), (2.52) được đặc trưng bởi hệ phương trình vi phân ở dạng:

với điều kiện ban đầu ng(0) = ng0, hgu = 0 tại τ = 0 [94]

2.10.2. Cách chọn đá mài

- Khi gia công vật liệu cứng thì chọn đá mềm và ngược lại, nếu mà gia công vật liệu rất mềm thì chọn đá mềm vì vật liệu cứng hạt mài dễ mòn, còn dùng đá mềm để tăng khả năng tự mài sắc.

- Khi gia công vật liệu mềm hạt mài ít bị cùn tăng độ cứng của đá mài để tăng tuổi bền cho đá.

- Gia công thô nên chọn đá cứng hơn để tăng năng suất.

- Gia công các bề mặt định hình nên chọn đá mài có độ cứng trung bình để vừa đảm bảo được hình dạng bề mặt gia công và đảm bảo được năng suất.

Tuy nhiên mềm và cứng của đá mài chỉ mang ý nghĩa tương đối nó còn phụ thuộc vào độ cứng tế vi của hạt mài và chất dính … Quá trình mài là quá trình cào xước liên tục của hạt mài lên bề mặt của chi tiết gia công, lưỡi cắt của các hạt mài không xác định, độ mòn của đá mài là độ mòn đồng đều của tất cả các hạt mài khi tham gia mài, tăng khả năng tự mài sắc ở đây là khi hạt mài đã mòn đến một góc tù không còn khả năng cắt hạt mài đó sẽ bị vỡ ra tạo lưỡi cắt mới.

2.11. Kết luận chương 2

- Bộ truyền trục vít – bánh vít có ứng dụng rất nhiều trong đời sống tuỳ theo đặc điểm về hình học mà có những phương pháp gia công khác nhau cho mỗi loại trục vít – bánh vít.

- Nghiên cứu và đề xuất được các loại đá để mài thép hợp kim và các loại thép

khác.

- Xác định được biên dạng cho đá mài dùng để mài trục vít Acsimet là một cung

tròn và đá mài được sử dụng là đá mài thép hợp kim có độ hạt 80.

- Xây dựng được cơ sở đo độ nhám bề mặt, lượng tiêu hao đá và kiểm tra vết tiếp

xúc sau tối ưu hoá.

- Phân tích đặc điểm của các biên dạng xoắn vít để thực hiện gia công và mài trục

vít Acsimet

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÀI RĂNG TRỤC VÍT VÀ GIA CÔNG BÁNH VÍT

3.1. Quá trình nghiên cứu thực nghiệm

3.1.1. Lựa chọn bộ truyền trục vít – bánh vít Acsimet

3.1.1.1. Chế tạo trục vít – bánh vít Acsimet

a. Phương pháp chế tạo trục vít [18]

- Chế tạo trục vít bằng phương pháp tiện:

+ Dùng máy tiện chuyên dùng

Tiện trục vít là phương pháp gia công trục vít thích hợp với dạng sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ. Tiện có thể gia công được nhiều loại bề mặt khác nhau như các mặt tròn xoay trong và ngoài, các loại ren, các bề mặt côn, các mặt định hình v.v…

+ Dùng máy CNC

- Thiết kế bộ truyền trục vít bằng phần mềm Autodesk Inventor 2010

- Thiết kế trục vít trên phần mềm Autodesk Inventor 2010, theo phương pháp tính toán ở trên ta có được các kích thước chính của trục vít, ta tiến hành thiết kế trục vít theo trình tự như sau:

Bước 1: Tạo phôi trục vít phần cắt ren

Bước 2: Tạo ren trên trục vít

Bước 3: Thiết kế hoàn chỉnh

Đối với ren Acsimet (và ren thang) khoảng hở tiêu chuẩn giữa vít và đai ốc tương đối rộng. Ví dụ, ren đường kính 5/8 inch x8 ren/inch, chiều sâu ren vít là 0,0725 inch, để lại đường kính chân ren 0,480 inch, do đó lỗ đai ốc sẽ là 0,500 inch (tương ứng 1,63 mm), trừ khi biên dạng ren vít Acsimet, góc ren 300 có các quy định khác. Tương tự, đường kính đỉnh ren của ta rô ren thô 5/8 inch x 8 ren/inch là 0,654, nghĩa là lớn hơn đường kính đỉnh ren của vít đến 0,029 inch, tạo ra khoảng hở “hình khuyên” đến 14,5 phần ngàn inch (khoảng 0,37 mm) dùng cho bôi trơn.

Hình 3.1. Biên dạng ren Acsimet, góc ren 30o

b. Chế tạo bánh vít bằng phương pháp phay trên máy thông thường

Trên máy phay ngang, đứng vạn năng có thể phay bánh răng vít theo hai cách:

- Phay chép hình sơ bộ rồi phay tinh bằng dao phay hình trục vít.

- Phay bào hình bằng dao “bay”.

Hình 3.2. Quá trình cắt bánh vít

Hình 3.3: Điều chỉnh dao phôi

Khi điều chỉnh được vị trí dao - phôi (bề dày dao đối xứng qua tâm chia đôi phôi, còn phải xoay bàn máy đi một góc bằng góc nghiêng của răng bánh răng (như phay bánh răng trụ răng nghiêng).

3.1.1.2. Trục vít Acsimet

- Thép 35CrMo: Có đặc điểm sau:

Thép tròn đặc 35CrMo là một loại thép hợp kim cho mục đích kỹ thuật, nó có độ bền cao và độ bền kéo ở nhiệt độ cao, và độ bền va đập ở nhiệt độ thấp là tốt. Nhiệt độ làm việc lên tới 500°C, nhiệt độ thấp có thể là -100°C và có cường độ tĩnh cao và độ bền mỏi cao, độ cứng tốt, không có xu hướng quá nóng, biến dạng làm nguội nhỏ và khả năng gia công vừa phải. Tuy nhiên, vật liệu này có loại giòn nóng, và khả năng hàn không tốt. Nó cần được làm nóng đến 150 - 400°C trước khi hàn, và xử lý nhiệt là cần thiết sau khi hàn để loại bỏ ứng suất. Thường được sử dụng sau khi làm nguội và xử lý ủ.

Bảng 3.1. Thành phần hoá học của thép

Thành phần hoá học (%)

35CrMo 0,32 – 0,40 0,17 – 0,37 0,40 – 0,70 ≤ 0,030 ≤ 0,030 0,80 – 1,10 0,15 – 0,25

Mác thép C Si Mn P S Cr Mo

- Tính chất cơ lý thép

Độ bền kéo Dãn dài Mác thép Giới hạn chảy Giảm diện tích Độ cứng HB

35CrMo

≥ 835 MPa

≥ 980 MPa

≥ 12%

≥ 45%

≥ 63 J

≤ 229

Hấp thụ năng lượng va đập

- Nhiệt luyện

Nhiệt độ tôi thép: 850°C

Nhiệt độ ram thép: 600°C

- Mác thép tương đương

Trung Quốc Mỹ Đức Nhật Pháp

Tiêu chuẩn Mác thép Mác thép Tiêu chuẩn Mác thép Mác thép Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Mác thép Tiêu chuẩn

35CrMo

34CrMo4

GB/T 3077

ASTM A29/A29M

4135, 4137

DIN EN 10083-3

JISG 4105

SCM4 35

NF EN 10083-3

Ứng dụng: Thép 35CrMo được sử dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng khác nhau, được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô và kỹ thuật cho các chủ công cụ và các thành phần khác như vậy. Các ứng dụng điển hình như thân van, máy bơm và phụ kiện, trục, tải trọng cao của đá mài, bu lông, bu lông hai đầu, bánh răng, …

Độ cứng của thép sau khi nhiệt luyện: Tùy theo từng chế độ luyện mà thép có độ

cứng cụ thể như sau:

+ Trường hợp tôi dầu ở nhiệt độ 8300C - 8600C cho độ cứng 55HRC

+ Trường hợp ram ở nhiệt độ 1500C cho độ cứng 55HRC

+ Trường hợp ram ở nhiệt độ 2000C cho độ cứng 53HRC

+ Trường hợp ram ở nhiệt độ 3000C cho độ cứng 51HRC

+ Trường hợp ram ở nhiệt độ 4000C cho độ cứng 43HRC

+ Trường hợp ram ở nhiệt độ 5000C cho độ cứng 34HRC

+ Trường hợp ram ở nhiệt độ 5500C cho độ cứng 32HRC

+ Trường hợp ram ở nhiệt độ 6000C cho độ cứng 28HRC

+ Trường hợp ram ở nhiệt độ 6500C cho độ cứng 24HRC

+ Trường hợp ram ở nhiệt độ 7000C cho độ cứng 20HRC

Công dụng

+ Khả năng chịu lực cùng chịu va đập lớn

+ Độ cứng tốt

+ Dễ dàng gia công, cắt gọt, bào mòn,… nhờ có độ uốn dẻo tốt phù hợp với nhu cầu sử dụng

+ Thép tấm hàm lượng cacbon tương đối nên phù hợp cho các hạng mục thi công cần độ tải trọng cao.

+ Khả năng chống ăn mòn rất tốt.

Phương pháp chế tạo: Chế tạo trên máy tiện CNC

Nhiệt luyện bằng phương pháp tôi cao tần + ram đạt độ cứng 42 – 44 HRC

- Thép 38CrMo:

+ Thành phần hoá học:

Thành phần hoá học (%)

0,90 – 1,3

0,2 – 0,3

38CrMo 0.35 - 0.42 0.17 - 0.37 0.35 - 0.65 ≤ 0,035 ≤ 0,035

Mác thép C Si Mn P S Cr Mo

+ Cơ tính:

Độ bền kéo Dãn dài Mác thép Giới hạn chảy Giảm diện tích Độ cứng HB

Hấp thụ năng lượng va đập

35CrMo ≥ 885 MPa ≥ 980 MPa ≥ 11% ≥ 45% ≥ 63 J ≤ 229

+ Mác thép tương đương:

Anh Mỹ Nhật Pháp

Mác thép Tiêu chuẩn Mác thép Mác thép Mác thép Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn

1.7202

1.7225 42CD4 42CrMO4

1.7225

41CrMo4 42CD4FF 50CrMo4

37CrMo4 BS AFNOR ASTM A29/A29M JISG 4105 42CrMo4 42CrMo4 708M40

41CrMo4

GS-42CrMo4 A35-590 709M40

42CrMo4

+ Ứng dụng: tương tự thép 35CrMo

- Thép 40Cr:

+ Thành phần hóa học:

0,37 0,17 0,50 C(％) ～ 0,44 Si(％) ～ 0,37 Mn(％) ～ 0,80

≤ 0,03 ≤ 0,03 S(％) Cr(％) 0,80～1,10 P(％)

+ Mác thép tương đương:

Mỹ Đức Trung Quốc Nhật Pháp Anh

DIN,WNr GB JIS AFNOR BS

ASTM/AISI/ UNS/SAE

40Cr SCr440 42C4

530A40 / 530M40 5140 / G51400 41Cr4 /1,7035

+ Quá trình nhiệt luyện

- Ủ thép

Làm nóng từ từ tới 8500C và cho phép thời gian đủ để tạo hình thép thông qua quá

trình nhiệt. Sau đó làm chậm từ từ trong lò. Thép có thể đạt độ cứng tối đa 250HB

- Tôi thép

Làm nóng từ từ tới 880 - 9200C, sau đó sục tại nhiệt độ này trong dầu. Để thép giảm tới nhiệt độ phòng

+ Tính chất cơ lý

Modun Bulk Modun cắt Va đập

Độ bền kéo Giới hạn chảy MPa MPa ft.lb

MPa MPa

≥ 550 ≥ 385 139 ≥ 80 84,8

+ Ứng dụng:

Được sử dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng khác nhau, được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô và kỹ thuật cho các chủ công cụ và các thành phần khác như vậy. Các ứng dụng điển hình như thân van, máy bơm và phụ kiện, Trục, tải trọng cao của đá mài, bu lông, bu lông hai đầu, bánh răng, v.v…

Phương pháp chế tạo: Sử dụng máy mài ren chuyên dụng 1Б811 do Nga sản xuất

Nhiệt luyện bằng phương pháp tôi cao tần + ram đạt độ cứng 42 – 44 HRC

Thông số hình học của trục vít Acsimet m = 3; z = 1 (bảng 3.2)

Bảng 3.2. Thông số hình học của trục vít

Tên gọi Đơn vị Ký hiệu Trục vít

Modun hướng trục mm m 3

ts = m.π Bước dọc trục mm ts 9,42

Số đầu mối hoặc số răng - 1 z1

Bước đường xoắn mm tB tB = ts.z1

9,42

h = 2,25m Chiều cao vòng xoắn mm h 6,75

h’ = m Chiều cao đầu vòng xoắn mm h’

h’’ = 1,25m Chiều cao chân vòng xoắn mm h’’ 3,75

c = 0,25m Khe hở hướng kính mm c c = 0,75

d1 = 10m Đường kính vòng chia mm d1

de = d1 + 2m Đường kính vòng đỉnh mm de

di = d1 - 2,5m Đường kính vòng đáy mm di

22,5

- Bản vẽ trục vít Acsimet m = 3

Hình 3.4. Trục vít Acsimet

3.1.2. Thiết kế hộp tốc độ kiểm tra vết tiếp xúc.

Hộp giảm tốc được thiết kế và chế tạo như hình vẽ

Hình 3.5. Hộp tốc độ

3.2. Phương pháp xác định vết tiếp xúc

Bảng 3.2. Tiêu chuẩn bảng vết tiếp xúc

Vết tiếp xúc Phương pháp xác định

Xác định bằng kích thước tương đối của vết tiếp xúc: Theo chiều dài – tỷ số giữa khoảng cách các điểm ở hai biên của vết dính (không kể những chỗ đứt dài quá 1 modun) và chiều dài răng:

a−c B

( 100%)

Theo chiều cao – tỷ số chiều cao trung bình của vết dính và chiều cao làm việc của răng:

htb hlv

( 100%)

Chú thích: Trong trường hợp có vát hai biên của mặt cạnh răng, chiều dài và chiều cao tổng cộng cần trừ bớt chiều dài và chiều cao của đoạn vát.

Với tiêu chuẩn:

Bảng 3.3. Tiêu chuẩn vết tiếp xúc

Cấp chính xác Tên gọi 7 8 9

60% 50% 40% Vết tiếp xúc theo chiều cao không nhỏ hơn

Vết tiếp xúc theo chiều dài không nhỏ hơn 60% 50% 40%

Cấp chính xác

Khoảng cách trục (mm)

Ký hiệu

Thứ nguyên

Mo dun dọc trục (mm)

40 - 80

80 - 160

40 - 80

80 - 160

160- 320

320- 630

40 - 80

80 - 160

160- 320

320- 630

160 - 320

320 - 630

∆TA

μm

∆DA

±42

±55 ±70 ±85 ±60 ±90

±110

±130

±105

±140

±180

±210

Lớn hơn 1 đến 30

Vết tiếp xúc: Theo chiều cao của răng Theo chiều dài của răng

Bảng 3.4. Tiêu chuẩn độ chính xác lắp ghép của bộ truyền trục vít (không điều chỉnh)

3.3. Lượng tiêu hao đá (ktd)

Với lượng tiêu hao đá là tỷ số của lượng kim loại tách ra khi mài và lượng đá tách ra khi mài.

- Chiều dày lớp cắt:

Chiều dày phoi được hớt đi bởi một hạt mài az có thể tính theo công thức tổng quát không phụ thuộc vào phương pháp mài như sau: [ 25, 35]

a z=

α d

S d B

v ct 60. v d ± 2. vct

. √l . t .√ 1

(3.1)

Trong đó:

t – Chiều sâu cắt thực tế của một hạt mài (mm)

l – Khoảng cách thực tế giữa các hạt (mm)

B – Chiều rộng của đá (mm)

a - Hệ số: mài tròn ngoài a = 1, mài tròn trong a = - 1, mài phẳng a = 0.

Từ phương trình trên thấy rõ chiều dày phoi được hớt đi bởi một hạt mài a z phụ thuộc vào tất cả các thông số là: vd, vct, l, t, B, Sd, D và d. Trị số az quyết định đến tải

trọng tác dụng lên hạt mài do đó quyết định đến độ mòn, tuổi bền của đá mài và kết quả của quá trình mài.

Vì vct << vd nên ta có thể bỏ qua 2vct ở mẫu số 60vd ± 2vct trong công thức trên, thay

. ¿

vào công thức trên ta có: a = ± 1 và

a z=

S d B

vct 60. v d

(3.2)

. ¿

Đặt K = thì az được xác định theo công thức sau:

a z=K .

v ct v d

(3.3)

Từ công thức ta thấy: ngoài các yếu tố đã nêu ở trên, thì a z còn phụ thuộc vào mật độ lưỡi cắt tĩnh Sct. Trong đó, chế độ công nghệ khi sửa đá ảnh hưởng rất lớn đến mật độ lưỡi cắt tĩnh Sct nên cũng ảnh hưởng rất lớn đến az. Vì vậy sẽ ảnh hưởng rất lớn đến quá trình mài và kết quả mài.

Sơ đồ xác định chiều dày phoi az và hình dạng phoi hình 3.6.

Hình 3.6. Chiều dày và hình dạng phoi

k td=

n td mtd

- Lượng đá tách ra khi mài

ntd: Lượng tách kim loại khi mài

mtd: Lượng tách đá khi mài

3.4. Tiêu chuẩn về nhám bề mặt khi mài

Chỉ tiêu Ra thường dùng để đánh giá độ nhám bề mặt cấp 5 đến cấp 11.

+ Chiều cao trung bình của profil Rz, cũng được đo bằng µm.

Là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của chiêu cao 5 đỉnh cao nhất (t i) và chiều sâu của 5 đáy thấp nhất (ki) của profil trong khoảng chiều dài chuẩn (L).

Chú ý: Chỉ tiêu Rz thường dùng để đánh giá độ nhám bề mặt cấp 1 đến cấp 5 và cấp 13, 14.

Tiêu chuẩn Việt Nam chia độ nhẵn bề mặt ra làm 14 cấp độ.

Trong đó cấp 14 là cao nhất (bề mặt nhẵn bóng nhất) như bảng sau đây:

Bảng 3.5. Cấp nhẵn bóng bề mặt khi mài

Chiều dài chuẩn L (mm) Chất lượng bề mặt Cấp độ nhẵn Ra (µm) Rz (µm)

80 320 1

40 160 2 8 Thô 20 80 3

10 40 4

5 20 5

2,5 10 2,5 Bán tinh 6

1,25 6,3 7

0,63 3,2 8

0,32 1,6 9 0,25 Tinh 0,16 0,8 10

0,08 0,4 11

0,04 0,2 12

0,02 0,08 0,08 Siêu tinh 13

0,01 0,05 14

3.5. Xây dựng quá trình thực nghiệm.

Mài là một quá trình cắt rất phức tạp, các thông số đầu vào của quá trình mài đều ảnh hưởng đến kết quả mài. Do đó, việc nghiên cứu thực nghiệm hợp lý là một trong các biện pháp hiệu quả để xác định chính xác các thông số ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chi tiết gia công trong quá trình mài.

Việc xác định mô hình thực nghiệm có vai trò rất lớn trong nội dung nghiên cứu

của đề tài. Một mô hình thực nghiệm cần đảm bảo các yêu cầu:

- Đáp ứng được các yêu cầu lý thuyết cần nghiên cứu.

- Đại diện cho các thông số đặc trưng cần nghiên cứu.

- Đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy và độ ổn định.

- Đảm bảo việc thu thập, lưu trữ và xử lý các số liệu thí nghiệm thuận lợi.

- Đảm bảo tính khả thi và tính kinh tế.

Để nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc quay phôi, vận tốc đá, lượng chạy dao hướng trục đến độ nhám bề mặt chi tiết khi mài trục vít Acsimet thép 35CrMo, 38CrMo và 40Cr, dựa vào công nghệ chế tạo chi tiết máy ta có sơ đồ khối quá trình thực nghiệm như trên hình 3.12.

Hình 3.7. Sơ đồ khối quá trình thực nghiệm

3.6. Phương pháp xây dựng công thức thực nghiệm

3.6.1. Lấy mẫu và trang thiết bị sử dụng trong thực nghiệm

3.6.1.1. Mẫu thí nghiệm

Để tiến hành thí nghiệm, các mẫu thí nghiệm mài là trục vít Acsimet được làm từ thép 35CrMo, 38CrMo và 40Cr đã qua nhiệt luyện tôi cao tần + ram đạt độ cứng 42 – 44 HRC. Sau khi nhiệt luyện, mẫu được làm sạch rồi tiến hành đo độ nhám ban đầu. Mẫu thí nghiệm mài trục vít Acsimet

Hình 3.8. Mẫu trục vít thí nghiệm

3.6.1.2. Đá mài

Thông số kỹ thuật:

3-150x8x32 mm; WA80KV 35m/s

- Kích cỡ: Đường kính 150 mm, dày 8 mm, lỗ 32 mm

- Chất liệu: Hạt mài Silic Cacbon xanh

- Cỡ hạt: 80

- Độ cứng: Trung bình (TB1)

- Chất dính: Gốm (Ceramic)

- Tốc độ: 35m/s

- Xuất xứ: Công Ty Cổ Phần Đá Mài Hải Dương

Ứng dụng: Mài các chi tiết bằng thép, mài dao, cơ khí...

3.6.1.3. Máy gia công trục vít:

Máy tiện CNC MAZATROL T32-2

Thông số kỹ thuật:

- Chiều dài tiện lớn nhất: 500 mm.

- Đường kính tiện lớn nhất: 300 mm.

- Đường kính mâm cặp: 200 mm.

- Đường kính quay lớn nhất: 440 mm.

- Số lượng trục gia công: 2.

- Kích thước lỗ trục chính: 61 mm.

- Tốc độ trục chính nhỏ nhất: 45 RPM.

- Tốc độ trục chính lớn nhất: 4500 RPM.

- Công suất trục chính: 15 Kw.

- Hành trình X: 360 mm.

- Hành trình Z: 500 mm.

- Đài dao: 8 vị trí

- Kích thước máy: 2,5 m x 1,5 m x 2 m.

- Điện áp sử dụng: 200 – 220V.

- Trọng lượng máy: 4200kg.

Hình 3.9. Máy tiện CNC gia công trục vít Acsimet

Máy tiện 1Ƃ811

1 - hộp số;

2 – Bộ truyền;

3 - Điều chỉnh tốc độ trục chính;

4- Núm điều chỉnh tốc độ trục chính;

5 - Điều chỉnh tốc độ trục chính;

6 - Điều chỉnh tốc độ trục chính;

7 - Tay cầm để xoay trục chính bằng tay;

8 - Đầu từ xa;

9 - Giá đỡ;

10 - Thiết bị mài;

11 – Bảng điện;

12 – Ren vít

- Chiều dài lớn nhất của phôi, mm 710

- Số tốc độ trục chính 10

- Tốc độ trục chính, vòng/phút:

trực tiếp 2,8 - 63

đảo ngược 5,6 - 125

- Bước tiến theo chiều dọc, mm/vòng 0,1 - 1,0

hệ mét, mm 0,5 - 240

inch, ren 1" 3/16 -10

mô-đun, mô-đun 0,4- 80

- Công suất truyền động, kW

+ Chuyển động chính 3,0/4,5

+ Trục mài 1.1

Kích thước tổng thể của máy, mm 2850x1500x1800

3.6.1.4. Các Dụng cụ khác.

- Máy mài được sử dụng trong thực nghiệm: Là loại máy chuyên dùng, độ chính xác cao, sử dụng trong gia công dao phay răng thẳng, răng xoắn, dao phay lăn răng, dùng động cơ điện được lắp trên máy tiện.

Hình 3.10. Máy mài trục vít Acsimet

1. Máy mài; 2. Trục vít Acsimet; 3. Đá mài

- Đồng hồ đo: Đồng hồ so cơ Czechoslovakia, Dùng để điều chỉnh lượng chạy dao hướng trục S trong quá trình thí nghiệm.

Thông số kỹ thuật:

- Xuất xứ: Czechoslovakia

- Phạm vi đo: 0 – 1 mm

- Độ chia: 0,001

Hình 3.11. Đồng hồ so kiểm tra hành trình

- Biến tần điều chỉnh: Dùng để điều chỉnh và ghi lại thông số trong quá trình thực nghiệm của vận tốc đá và vận tốc phôi

Hình 3.12. Biến tần điều chỉnh

- Máy đo độ nhám: Do trục vít Acsimet có cạnh răng thẳng trong mặt cắt dọc chứa đường tâm trục vít. Giao tuyến của mặt ren với mặt cắt ngang (vuông góc với trục) là đường xoắn ốc Acsimet. Vì vậy ta có thể dùng thiết bị đo ma sát TESA – rugosurf 10.G

Các thiết bị đo khác được gắn trực tiếp trên máy gia công hoặc lưu lại qua biến tần khi xử lý điều chỉnh thông số đầu vào.

3.6.2. Trình tự thí nghiệm:

Mỗi kết quả lấy trung bình của 10 thí nghiệm. Như vậy cần 20 kết quả thí nghiệm để tối ưu hóa cần 20 x 10 = 200 thí nghiệm.

Mục đích của việc lấy 20 thí nghiệm là để thực hiện tối ưu hoá quá trình thực

nghiệm bằng phương pháp tâm xoay.

- Lựa chọn phôi và vật liệu chế tạo trục vít Acsimet

Theo tính toán ở mục 1.2.1 chọn phôi thép có đường kính ∅40 mm x 220 mm. Vật

liệu là thép hợp kim 35CrMo, 38CrMo và 40Cr.

- Các thông số đầu vào

a. Vận tốc quay phôi n (Vòng/phút): Biến thiên trong khoảng từ 2,8 – 5,6 vòng/phút.

b. Vận tốc đá v (m/s): Biến thiên trong khoảng từ 22 – 26 m/s.

c. Lượng chạy dao hướng trục S (µm/hành trình): Biến thiên trong khoảng từ 4 – 10 µm/hành trình.

3.7. Cơ sở lấy các điểm thí nghiệm.

Luận án sử dụng phương pháp đáp ứng bề mặt (RS – Response Surface) mà cụ

thể là quy hoạch tâm quay (CCR – Central Composite) để nghiên cứu và xây dựng hàm

hồi quy toán học biểu diễn sự mối quan hệ giữa của các yếu tố đầu vào và yếu tố đầu ra

vì: Thiết kế hỗn hợp tâm xoay (CCR – Central Composite) là dạng thiết kế được hình thành bằng cách tổ hợp thiết kế 2 mức đầy đủ với 2k điểm thí nghiệm dọc trục (Axial),

còn gọi là điểm sao (Star point) và điểm thí nghiệm trung tâm. Một yêu cầu quan trọng

của thiết kế thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu là: Ma trận thí nghiệm phải có tính chất xoay

được, ta quy ước gọi là tính chất tâm xoay, nguyên nhân là do bề mặt chỉ tiêu được thiết

kế với mục đích tối ưu hóa nhưng vị trí điểm cực trị lại chưa biết trước. Thiết kế tâm

xoay tạo điều kiện ngang bằng cho các dự đoán về vị trí điểm cực trị theo mọi phương.

Các tính toán chỉ ra rằng, để đạt được tính chất tâm xoay cần phải chọn khoảng cách

α theo công thức:

α = (nF)1/4 (3.4)

Với nF là số điểm thí nghiệm góc.

Số điểm thí nghiệm trung tâm thường được 3 – 6 điểm cho mỗi lần lặp.

Như vậy số thí nghiệm cần lấy là:

Với 3 thông số đầu vào tức là k = 3 thì:

23 + 6 = 14 Và theo phương pháp quy hoạch đáp ứng bề mặt thêm 6 điểm tại tâm nên số

thí nghiệm cần lấy là: 14 +6 = 20 thí nghiệm

3.8. Quy trình chế tạo trục vít Acsimet Gia công trục vít trên máy CNC

- Chọn phôi: Dùng thép cây ∅40 x 220.

- Quy trình công nghệ gia công

Để xác định trình tự và các sơ đồ nguyên công ta phải theo nguyên tắc sau:

- Nghiên cứu để chọn chuẩn thô và cách thực hiện đối với nguyên công thứ nhất

phải cẩn thận.

- Xác định thực hiện các nguyên công tiếp theo, theo nguyên tắc chọn chuẩn tinh.

- Căn cứ vào độ chính xác và độ nhẵn bề mặt để chọn phương pháp gia công lần

cuối của bề mặt quan trọng.

- Để đảm bảo tính thống nhất về chuẩn tinh cần chú ý các nguyên công có thể xảy

ra phế phẩm, những nguyên công nên đặt ra trước để tránh lãng phí hoặc bố trí thêm việc

kiểm tra trung gian, sau những nguyên công có thể xảy ra phế phẩm.

- Cố gắng giảm số lần gá đặt.

- Lập sơ đồ các nguyên công:

Tiện mặt đầu Tiện bậc Cưa thép thành các đoạn 40 x 220

Tiện đầu còn lại Tiện tinh Tiện răng

Mài ngỗng trục Phay rãnh then Kiểm tra, làm sạch, nhiệt luyện

Mài răng Tổng kiểm tra Sản phẩm hoàn chỉnh

Sản phẩm hoàn chỉnh

Hình 3.13: Trục vít sau gia công

Tổng kiểm tra: Chế tạo hộp tốc độ lắp bộ truyền trục vít – bánh vít đã chế tạo và

kiểm tra độ chính xác bằng vết tiếp xúc

3.9. Gia công bánh vít

Chuẩn bị phôi Tiện lỗ Tiện lõi trái, phải

Tiện các mặt bên Phay răng Liên kết 2 phần với nhau

Kiểm tra, làm sạch Xọc rãnh then Sản phẩm hoàn chỉnh

Sản phẩm bánh vít sau khi gia công hoàn thành

Hình 3.14: Bánh vít sau gia công

- Các mẫu dùng trong thí nghiệm:

+ Bộ truyền trục vít – bánh vít: Sử dụng trên các loại thép 40Cr; 35CrMo

Hình 3.15: Mẫu thí nghiệm

+ Hộp giảm tốc sử dụng cho kiểm tra vết tiếp xúc:

Hình 3.16: Hộp giảm tốc

+ Trục vít dùng trong kiểm nghiệm ban đầu

Hìn

h 3.17: Trục vít kiểm nghiệm ban đầu

+ Quá trình kiểm tra vết tiếp xúc

Hình 3.18: Đo vết tiếp xúc

+ Quá trình mài trục vít

Hình 3.19: Quá trình mài trục vít

3.10. Kết luận chương 3

Ở các thí nghiệm trên, tiến hành mài tinh các mẫu trục vít Acsimet thép 35CrMo,

38CrMo và 40Cr đã qua nhiệt luyện trên máy mài chuyên dùng.

Từ các thí nghiệm đó, ta xây dựng được bộ số thực nghiệm biểu thị mối quan hệ

giữa độ nhám bề mặt chi tiết gia công với chế độ cắt khi mài trục vít Acsimet thép

35CrMo, 38CrMo và 40Cr. Mô hình cho phép đánh giá mức độ ảnh hưởng của chế độ

cắt tới độ nhám bề mặt gia công ứng với các điều kiện công nghệ cụ thể và là cơ sở để

lựa chọn chế độ hợp lý hoặc tối ưu, từ đó đánh giá được tối ưu các thông số công nghệ

gia công chi tiết máy.

Bên cạnh đó cũng có được các thông số quan hệ giữa v, n, S tới lượng tiêu hao đá

tương đối để nghiên cứu độ mòn đá khi gia công tinh chi tiết là thép 35CrMo, 38CrMo

và 40Cr đã qua nhiệt luyện để tính toán lượng dư gia công khi mài và tuổi thọ đá mài.

Từ đó làm cơ sở để đánh giá chất lượng bề mặt gia công khi mài thép 38CrMo đã

nhiệt luyện để mài răng trục vít Acsimet qua thông số độ nhám bề mặt.

CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM MÀI TRỤC VÍT ACSIMET VÀ TỐI ƯU HÓA

Khi nghiên cứu, người ta thường đề cập tới phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Tùy theo mức độ về cơ chế của quá trình, ý nghĩa của nghiên cứu lý thuyết thường được giới hạn ở tác dụng định hướng ban đầu, hỗ trợ giảm bớt khối lượng công việc, rút ngắn thời gian cho nghiên cứu thực nghiệm. Bên cạnh đó, thực nghiệm có tác dụng trở lại, bổ sung cho kết quả nghiên cứu lý thuyết, xác định rõ hơn cơ chế của hiện tượng. Vai trò của thực nghiệm càng lớn thì mục tiêu đề ra cho chúng càng cao, vì vậy thực nghiệm cũng có nhu cầu phát triển và trở thành đối tượng nghiên cứu, một ngành khoa học. Quy 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 quy hoạch thực nghiệm là toán học xác suất thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi quy. Quy 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). Có thể nói, lý thuyết quy hoạch thực nghiệm từ khi ra đời đã thu hút sự quan tâm và nhận được nhiều đóng góp hoàn thiện của các nhà khoa học. Những ưu điểm rõ rệt của phương pháp này so với các thực nghiệm cổ điển là:

- Giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thiết.

- Hàm lượng thông tin nhiều hơn rõ rệt, nhờ đánh giá được vai trò qua lại giữa các yếu tố và ảnh hưởng của chúng đến hàm mục tiêu. Nhận được mô hình toán học thống kê thực nghiệm theo các tiêu chuẩn thống kê, đánh giá được sai số của quá trình thực nghiệm theo các tiêu chuẩn thống kê cho phép xét ảnh hưởng của các yếu tố với mức độ tin cậy cần thiết.

- Cho phép xác định được điều kiện tối ưu đa yếu tố của đối tượng nghiên cứu một cách khá chính xác bằng các công cụ toán học, thay cho cách giải gần đúng, tìm tối ưu cục bộ như các thực nghiệm thụ động.

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp quy hoạch thực nghiệm khác nhau để nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến các yếu tố đầu ra, mỗi phương pháp sẽ có những ưu nhược điểm khác nhau và cách thức tiến hành khác nhau. Trong nghiên cứu này, luận án sử dụng phương pháp đáp ứng bề mặt (RS – Response Surface) mà cụ thể là quy hoạch tâm quay (CCR – Central Composite) để nghiên cứu và xây dựng hàm hồi quy toán học biểu diễn mối quan hệ giữa của các yếu tố đầu vào và yếu tố đầu ra.

Phù hợp với phạm vi nghiên cứu, luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của ba

thông số công nghệ:

+ Vận tốc quay, n (v/ph);

+ Lượng chạy dao, S (µm/hành trình);

+ Vận tốc đá, v (m/s)

tới độ nhám Ra và lượng tiêu hao đá tương đối k khi mài trục vít Acsimet thép hợp kim.

Bên cạnh đó cần xác định các yếu tố để thực hiện quá trình mài như sau:

- Chế độ cắt khi mài là tập hợp các thông số về vận tốc cắt, bước tiến dao, chiều sâu mài, … để giúp người sử dụng tối ưu được năng suất và chất lượng bề mặt cao. Làm sao để tối ưu chi phí khi mài mòn bằng cách chọn được chế độ cắt phù hợp.

+ Vận tốc quay của đá mài: Vận tốc này nên chọn lớn nhất cho phép ứng với từng phương pháp mài. Bởi vì vận tốc quay của đá mài càng lớn, năng suất gia công và độ bóng bề mặt càng cao. Tuy nhiên điều này yêu cầu đá mài phải có độ bền đạt chuẩn tránh bị nứt vỡ khi làm việc. Ở cùng điều kiện độ hạt càng tăng độ bền càng giảm. Độ đặc đá càng cao, độ bền của nó càng cao. Được chọn phụ thuộc vào hình dạng và profin và chất dính của nó. Với các loại đá có keo nhựa, cao su: v = 35 - 50m/s. Với các loại đá sử dụng keo gốm Vitrified, Risinoid,…

+ Tốc độ chạy dao của chi tiết: Tốc độ di chuyển dọc đối với mài phẳng hay tốc độ quay đối với mài tròn hay mài vô tâm. Khi tốc độ chạy dao tăng, thời gian tiếp xúc của đá mài với chi tiết đá giảm, do đó ảnh hưởng của nhiệt độ cũng giảm nên bề mặt đỡ bị cháy hơn. Tuy nhiên vận tốc quay của chi tiết tăng sẽ làm tăng khả năng xuất hiện giao động. Do đó vận tốc chạy dao của chi tiết tối đa là vận tốc xuất hiện giao động, vận tốc tối thiểu là giới hạn bởi khả năng xuất hiện vết cháy. Vận tốc này nên được chọn dựa vào điều kiện gia công thực tế của máy dao phôi đồ gá.

+ Chiều sâu mài: Khi mài thô nên chọn chiều sâu mài lớn nhất cho phép theo cỡ hạt và công suất máy. Ví dụ với đá mài có độ hạt 80, chiều sâu mài không nên vượt quá 0,04 mm. Nếu chiều sâu mài vượt quá giá trị trên khe hở giữa các hạt mài nhanh chóng bị phoi kim loại chèn đầy và đá sẽ không còn khả năng cắt nữa. Khi chi tiết có độ cứng vững giảm và khi xuất hiện vết cháy cần giảm chiều sâu mài. Khi mài tinh nên chọn chiều sâu nhỏ để nâng cao độ chính xác và độ bóng của bề mặt mài.

+ Lượng chạy dao dọc: Là quãng đường mà đá đi được sau một phút hoặc một vòng quay của chi tiết hoặc của đá mài.

4.1. Mô hình và kế hoạch thí nghiệm

Nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt khi mài trục vít Acsimet thép hợp kim nhằm giảm độ nhám bề mặt răng. Tuy nhiên để tiết kiệm thời gian và chi phí thí nghiệm, cần áp dụng các phương pháp tối ưu toán học thông qua mô hình thiết kế cho trước. Phương

100

pháp đáp ứng bề mặt (Response surface methodology: RSM) được phát triển từ những năm 50 của thế kỉ trước bởi nhà khoa học Box và đồng sự. Phương pháp đáp ứng bề mặt bao gồm một nhóm các kĩ thuật toán học và thống kê dựa trên sự phù hợp của mô hình thực nghiệm để các dữ liệu thực nghiệm thu được liên quan đến thiết kế thí nghiệm. Theo hướng mục tiêu này, các hàm đa thức bậc hai hay bậc nhất được sử dụng để mô tả hệ nghiên cứu đó và khảo sát các điều kiện thực nghiệm để tìm ra sự tối ưu. Ứng dụng phương pháp đáp ứng bề mặt RSM cần trải qua các bước sau:

(1) Lựa chọn các biến độc lập ảnh hưởng quan trọng tới hệ nghiên cứu trong phạm vi giới hạn của nghiên cứu đó theo mục tiêu và kinh nghiệm của người nghiên cứu;

(2) Thiết kế thí nghiệm và tiến hành thực hiện các thí nghiệm đó theo một ma trận

đã vạch ra trước đó;

(3) Xử lý về mặt thống kê toán học các dữ liệu thực nghiệm thu được thông qua

sự tương thích của hàm đa thức;

(4) Đánh giá tính tương thích của mô hình;

(5) Xác minh tính khả thi và tính thiết yếu để tiến hành chuyển hướng sang ranh

giới tối ưu;

(6) Tiến hành thí nghiệm dựa trên kết quả tối ưu cho từng biến.

Ma trận thiết kế phức hợp trung tâm CCD được mô tả lần đầu tiên bởi hai nhà khoa học Box và Wilson bao gồm các phần sau:

(1) Thiết kế thừa số phân đoạn trên các mức mã hóa: mức trung bình (0), mức

thấp (-1) và mức cao (+1);

(2) Thiết kế thêm các điểm nằm ngoài vùng phân đoạn, cách vị trí trung tâm (0)

một khoảng;

(3) Biểu diễn các điểm trung tâm để đánh giá độ lặp lại của phương pháp.

Trong luận án này, sử dụng phương pháp tối ưu RSM với ba thông số cần khảo sát là tốc độ quay phôi (n), lượng chạy dao hướng trục S ( µm/hành trình) và tốc độ chạy dao (v) là các thông số có ảnh hưởng mạnh đến quá trình mài trục vít Acsimet. Ngoài ra, để đánh giá độ tương thích của mô hình, phân tích hồi quy ANOVA được sử dụng và dựa trên các hệ số R2 và P để đưa ra mức ý nghĩa về mặt thống kê của mô hình đạt được. Sử dụng phương pháp thiết kế phức hợp trung tâm CCD với thống số tốc độ quay phôi n ban đầu được khảo sát trong khoảng từ 2,8 – 5,6 (vòng/phút), lượng chạy dạo S khảo sát từ 4 - 10 (µm/hành trình) và tốc độ chạy dao v (m/s) khảo sát trong khoảng 22 - 26 m/s. Thực hiện thí nghiệm khởi đầu trong nghiên cứu này được thực hiện với số thí nghiệm là

101

N 1=2 k = 23 + 6 = 14 (thí nghiệm hai mức đầy đủ (23 = 8) và cộng thêm 6 thí nghiệm tại điểm trung tâm) các thông số và mức của chúng thể hiện trong bảng 4.1.

Bảng 4.1. Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm khởi đầu

Giá trị tại các mức

Thông số Ký hiệu Đơn vị

-1 0 1

Vận tốc quay của phôi vòng/phút n 2,8 4,2 5,6

Lượng chạy dao µm/hành trình S 4 7 10

Tốc độ chạy dao m/s v 22 24 26

Tiếp theo thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu với số thí nghiệm là N 2=6 thí nghiệm, mục đích của giai đoạn thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu là mở rộng vùng khảo sát của các thông số đầu vào để giá trị tối ưu của các thông số đầu ra, đạt được giá trị tối ưu toàn cục (tránh xảy ra tình trạng cực trị địa phương). Việc mở rộng vùng khoảng khảo sát của các thông số được xác định theo công thức α = 4√23= 4√8 ≈ 1,682. Trong đó, α là giá trị mã hóa cần mở rộng của các thông số đầu vào. Như vậy vùng cần mở rộng khoảng khảo sát của các thông số đầu vào ở mức (± α ≈ ± 1,682), giá trị thực tại hai mức mã hóa ± α được trình bày trong (bảng 4.2).

Bảng 4.2. Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu

Giá trị tại các mức Ký Thông số Đơn vị hiệu - α -1 0 1 + α

Vận tốc quay của phôi vòng/phút 1,845 2,8 4 2 5,6 6,554 n

Lượng chạy dao µm/hành trình 1,955 4 7 10 12,045 S

Tốc độ chạy dao m/s 20,636 22 24 26 27,364 v

Ma trận thí nghiệm của giai đoạn này là sự kết hợp giữa ma trận của giai đoạn thí nghiệm khởi đầu và bổ sung thêm các thí nghiệm ở các mức giá trị mở rộng (± α. Như vậy số điểm thí nghiệm trong nghiên cứu này là N = 20 điểm được trình bày trong (bảng 4.3). Quá trình mài răng cho các mẫu thí nghiệm được thực hiện theo thứ tự quy luật ngẫu nhiên, với mục tiêu làm giảm thiểu sai số do nhiễu và sai số lặp lại đối với các điểm thí nghiệm có thông giống nhau.

102

Bảng 4.3. Ma trận thí nghiệm và giá trị của các yếu tố khi thí nghiệm

TT. Quy luật Các biến thực nghiệm

Các biến mã hóa S v Chuẩn n (vòng/phút) Ngẫu nhiên (µm/hành trình) (m/s)

4 22 -1 -1 -1 14 1 2,8

4 22 1 -1 -1 4 2 5 6

10 22 -1 1 -1 6 3 2,8

10 22 1 1 -1 2 4 5,6

4 26 -1 -1 1 11 5 2,8

4 26 1 -1 1 16 6 5,6

10 26 -1 1 1 20 7 2,8

10 26 1 1 1 5 8 5,6

7 24 - α 0 0 19 9 1,845

7 24 + α 0 0 12 10 6,555

24 0 - α 0 1,955 17 11 4,2

24 0 + α 0 12,045 9 12 4,2

7 0 0 - α 20,636 8 13 4,2

7 0 0 + α 27,364 10 14 4,2

7 24 0 0 0 18 15 4,2

7 24 0 0 0 15 16 4,2

7 24 0 0 0 1 17 4,2

7 24 0 0 0 3 18 4,2

7 24 0 0 0 7 19 4,2

7 24 0 0 0 13 20 4,2

103

4.2. Tối ưu hóa chế độ công nghệ mài trục Acsimet thép 35CrMo, 38CrMo và 40Cr

4.2.1. Thép 35CrMo

4.2.1.1. Kết quả thí nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành với các chỉ tiêu gồm độ nhám xác định thông qua sai lệch trung bình Ra (µm) và lượng tiêu hao đá tương đối ktd khi mài trục vít Acsimet. Kết quả tính toán sau khi đo thu thập số liệu các chỉ tiêu đầu ra cần đánh giá được thống kê và trình bày trong (bảng 4.4).

Bảng 4.4. Ma trận thực nghiệm và kết quả tính toán sau khi đo của các chỉ tiêu

Thông số thay đổi khi mài răng Kết quả tính toán sau khi đo trên mẫu TT n v S Ra ktd (vòng/phút) (µm/hành trình) (m/s) (µm)

1 2,8 22 1,126 89,01 4

2 5,6 22 1,063 81,2 4

3 2,8 22 1,267 84,44 10

4 5,6 22 1,204 76,55 10

5 2,8 26 1,04 93,14 4

6 5,6 26 1,115 67,12 4

7 2,8 26 1,248 98,33 10

8 5,6 26 1,274 71,88 10

9 1,845 24 1,195 99,15 7

10 6,555 24 1,135 72,76 7

11 4,2 24 1,084 77,13 1,955

12 4,2 24 1,288 75,31 12,045

13 4,2 1,066 82,76 20,636 7

14 4,2 1,204 83,13 27,364 7

15 4,2 24 1,045 65,47 7

16 4,2 24 1,032 65,12 7

104

Thông số thay đổi khi mài răng Kết quả tính toán sau khi đo trên mẫu TT v n S Ra ktd (vòng/phút) (µm/hành trình) (m/s) (µm)

24 1,055 64,34 17 4,2 7

24 1,039 64,31 18 4,2 7

24 1,088 64,22 19 4,2 7

24 1,075 65,13 20 4,2 7

4.2.1.2. Ảnh hưởng của các thông số mài răng đến độ nhám

Sử dụng phần mềm Minitab 19, tiến hành phân tích kết quả độ nhám (Ra) trong (bảng 4.4). Kết quả phân tích phương sai (ANOVA) đối với hàm mục tiêu (Ra) được thống kê và trình bày trong (bảng 4.5). Đồ thị phản ánh mức độ ảnh hưởng của bậc 1 của các thống số chế độ cắt đến độ nhám Ra như hình 4.1, ảnh hưởng bậc 2 của các thống số chế độ cắt đến độ nhám Ra như hình 4.2, ảnh hưởng chéo của các thống số chế độ cắt đến độ nhám Ra như hình 4.3.

Bảng 4.5. Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu Ra

Trung bình bình

Bậc tự do Tổng bình phương độ lệch Giá trị xác suất Yếu tố phương

Giá trị thống kê (F- Value) (DF) (Seq SS) (P-Value) (Adj MS)

Mô hình 9 0,1383 0,0154 15, 68 0

bậc 1 3 0,0778 0,0259 26,46 0

n 1 0,0012 0, 0012 1,18 0,302

S 1 0,0721 0,0721 73,55 0

V 1 0,0045 0,0045 4,64 0,057

Bậc 2 3 0,0529 0,0176 17,98 0

n*n 1 0,0212 0,0212 21,66 0,001

S*S 1 0,0302 0,0302 30,85 0

V*V 1 0,0111 0,0111 11,34 0,007

105

Trung bình bình

Bậc tự do Tổng bình phương độ lệch Giá trị xác suất Yếu tố phương

Giá trị thống kê (F- Value) (DF) (Seq SS) (P-Value) (Adj MS)

Tác động chéo 3 0,0076 0,0025 2,6 0,11

n*S 1 0,0003 0,0003 0, 31 0,592

n*V 1 0,0064 0,0064 6,57 0,028

S*V 1 0,0009 0,0009 0,92 0,36

Sai số 10 0,0098 0,0010

5 0,0074 0,0015 Độ tương thích 3,13 0,118

Hệ số tương quan: R2 = 97,38%

Hình 4.1. Đồ thị ảnh hưởng bậc nhất của các thông số chế độ cắt đến độ nhám khi mài trục vít Acsimet thép 35CrMo

106

Hình 4.2. Đồ thị ảnh hưởng bậc hai của các thông số chế độ cắt đến độ nhám khi mài trục vít Acsimet thép 35CrMo

Hình 4.3. Đồ thị ảnh hưởng chéo của các thông số chế độ cắt đến độ nhám khi mài trục vít Acsimet thép 35CrMo

Từ kết quả phân tích ANVAO trong (bảng 4.7) và các đồ thị từ 4.1 đến 4.3 cho thấy, giá trị xác suất (P) về mức độ ảnh hưởng của các thông số mài răng (n, S, v) ở mô hình bậc 1, bậc 2 và tác động chéo, với mức ý nghĩa xác suất chuẩn α = 0,05, thì giá trị P của n , v , n∗Svà S∗v lớn hơn 0,05, như vậy chúng ít ảnh hưởng đến chỉ tiêu Ra; còn giá trị P của S , n2 , S2 , v2 và n∗v nhỏ hơn 0,05, như vậy chúng ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu Ra. Trong đó, yếu tố S (lượng chạy dao) ảnh hưởng mạnh nhất đến độ nhám Ra, trong khoảng khảo sát, lượng chạy dao tăng làm cho Ra tăng, khi S tăng từ 4 đến 7 µm/hành

107

trình, mức độ tăng Ra rất nhỏ, còn khí S tăng từ 7 đến 10 µm/hành trình, thì Ra tăng rất nhanh. Trong khi, yếu tố n , v ảnh hưởng yếu hơn đến chỉ tiêu Ra. Khi n tăng trong khoảng từ 2,8 đến 4,2 vòng/phút, Ra giảm, còn khi n tăng trong khoảng từ 4,2 đến 5,6 vòng/phút Ra tăng, mức tăng và giảm trong các khoảng gần bằng nhau, giá trị n ngoài vùng khảo sát đều làm cho Ra giảm. Yếu tố tốc độ chạy dao v ảnh hưởng tới chỉ tiêu Ra gần giống với yếu tố n, Khi v tăng trong khoảng từ 22 đến 24 m/s, Ra giảm, còn khi v tăng trong khoảng từ 24 đến 26 m/s, Ra tăng, mức tăng và giảm trong các khoảng gần bằng nhau, tuy nhiên giá trị v ngoài vùng khảo sát lại làm tăng Ra.

Mặt khác, từ các đồ thị ảnh hưởng bậc 2 và ảnh hưởng chéo cho thấy, trong vùng khảo sát của các thống số chế độ cắt, đều tồn tại điểm cực trị của hàm mục tiêu độ nhám Ra. Điều này cho thấy, chúng ta có thể tìm được giá trị của bộ các thông số chế độ cắt để được mức độ tối ưu độ nhám Ra với mong muốn Ra càng nhỏ càng tốt.

Sử dụng phần mềm Minitab 19, xây dựng được phương trình hồi hàm mục độ

Ra=6 , 565−0 , 404. n−0 , 0834. S−0 , 3791. v−0 , 00146. n. S+0 , 01013. n . v +0 , 00177. v . S+0 , 0196. n2+0 , 0051. S 2+ 0 ,00694. v2

nhám Ra theo các thông số công nghệ (n , S , v ) như phương trình (4.1):

(4.1)

Phương trình (4.1) có hệ số xác định R2 = 93,38% rất gần với 1, điều đó khẳng định phương trình này có khả năng tương thích cao với các số liệu thực nghiệm. Phương trình hàm hồi quy Ra (4.1) là cơ sở cho việc lựa chọn giá trị các thông số chế độ cắt (n, S, v)nhằm đảm bảo độ nhám được một giá trị nhỏ nhất.

Từ hàm hồi quy, xây dựng được các biểu đồ ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt đến độ nhám Ra như hình 4.4 và Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của từng cặp thông số đến độ nhám Ra trình bày trên các hình 4.5 - 4.7.

Hình 4.4. Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến độ nhám Ra khi mài thép 35CrMo

108

a. Ảnh hưởng của n và S đến Ra khi mài thép 35CrMo

Hình 4.5. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, S tới độ nhám Ra khi mài thép 35CrMo

Từ đồ thị nhận thấy: Khi S (Lượng chạy dao hướng trục) thay đổi từ 2 – 10 (µm/hành) trình n tăng từ 2 – 10 (vòng/ phút) nhận thấy: Khi tăng chiều sâu cắt thì nhám bề mặt chi tiết tăng lên. Điều này hoàn toàn khác với các kết quả tính toán nhám bề mặt lý tưởng, vì khi đó kết quả đều cho rằng chiều sâu mài không ảnh hưởng đến nhám bề mặt chi tiết. Từ thí nghiệm và kết quả của thí nghiệm, ta có thể rút ra được kết luận: Chiều sâu cắt nhìn chung không ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề mặt. Tuy nhiên, nếu chiều sâu cắt quá lớn thì rung động trong quá trình cắt tăng lên, do đó nhám bề mặt tăng lên. Ngược lại, chiều sâu cắt quá nhỏ sẽ làm cho dao bị trượt trên bề mặt gia công và xảy ra hiện tượng cắt không liên tục dẫn đến nhám bề mặt tăng. Từ đồ thị ta xác định được Ramin = 1,025. Tại: n = 4,412 (vòng/phút); S = 4,727 (µm/hành trình) b. Ảnh hưởng của n và v đến Ra khi mài thép 35CrMo

Hình 4.6. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, v tới độ nhám Ra khi mài thép 35CrMo

109

Từ đồ thị nhận thấy: Khi v tăng từ 22-26 (m/s) và n tăng từ 2-10 (vòng/phút) thì ban đầu Ra giảm dần đến tại n = 4,34 (vòng/phút) thì bắt đầu tăng lên. Tức là tại n = 4,412 (vòng/phút), v = 23,495 (m/s) thì có Ramin = 1,0255.

Nguyên nhân chủ yếu là khi vận tốc cắt tăng lên thì ban đầu phá hủy các nhấp nhô bề mặt của chi tiết dẫn đến độ nhám bề mặt dần chuyển đến tối ưu. Nhưng nếu tăng lên nữa thì bề mặt khi đó là hiện tượng phá hủy.

Khi xét ảnh hưởng của 2 loại tốc độ này thì có 2 phương án xảy ra là mài có cùng hướng hay ngược hướng nhau. Trong quá trình thực nghiệm nghiên cứu, tác giả nhận thấy nên cho v và n cùng chiều quay sẽ tốt nhất.

c. Ảnh hưởng của S và v đến Ra khi mài thép 35CrMo

Hình 4.7. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số S, v tới độ nhám Ra khi mài thép 35CrMo

Từ đồ thị nhận thấy: Khi S thay đổi từ 4 - 10 (µm/hành trình) và v thay đổi từ 22- 26 (m/s) thì độ nhám bề mặt Ra có sự thay đổi như sau: Khi n tăng từ 22 - 25 (m/s) độ nhám bề mặt bặt đầu giảm xuống và tại v = 23,51 (m/s) thì có hiện tượng độ nhám bề mặt bắt đầu tăng lên, điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết cắt gọt kim loại vì độ nhám tỷ lệ với bình phương của tốc độ chạy dao. Và tại v = 23,495 (m/s) ta tìm được S = 4,727 (µm/hành trình) và Ra =Ramin = 1,025

Nguyên nhân của vấn đề là khi tiến nhanh, số lượng vết cắt qua một tiết diện vật mài giảm xuống, biến dạng của chi tiết tăng và thời gian cắt giảm làm cho các hạt mài không cắt hết phần vật liệu dư dẫn đến nhám bề mặt tăng.

Một hiện tượng khác cũng xảy ra phổ biến khi mài với tốc độ chạy dao nhỏ là sự cày xước vật liệu chi tiết của hạt mài mà không tạo phoi. Lúc đó hạt mài đẩy vật liệu chi tiết ra hai bên khi đi qua chi tiết mà không tạo phoi. Dưới tác động của hai hiện tượng này làm cho độ nhám bề mặt mài tăng lên. Khi mài với tốc độ tiến dao này, lực mài nhỏ nhưng do lượng vật liệu được bóc đi ít nên năng lượng mài riêng rất lớn, dễ xảy ra hiện

110

tượng cháy bề mặt chi tiết. Việc phoi không ổn định tạo ra rung động khi mài cũng là một nguyên nhân làm cho chất lượng bề mặt xấu đi.

Một điều khác có thể nhận ra từ biểu đồ và kết quả thực nghiệm là khi vận tốc chi tiết lớn thì độ nhám bề mặt chi tiết tăng mạnh. Điều này hoàn toàn hợp lý vì độ nhám tỷ lệ với bình phương của vận tốc chi tiết nên khi tăng vận tốc sẽ ảnh hưởng mạnh đến độ nhám bề mặt chi tiết.

Ngoài ra, phương trình hàm hồi quy này cũng đã được sử dụng để tính độ nhám bề mặt răng khi mài trục vít Acsimet, kết quả so sánh giữa độ nhám dự đoán với kết quả đo thực nghiệm được mô tả trong biểu đồ (hình 4.8).

Hình 4.8. Biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu Ra khi mài thép 35CrMo

Kết quả so sánh chỉ ra rằng, độ nhám khi tính từ mô hình dự đoán rất sát với kết quả khi đo thực nghiệm, độ sai lệch trung bình dưới 2,14% và có điểm sai lệch lớn nhất là 2,56%. Như vậy, có thể thấy phương trình hàm hồi quy của hàm mục tiêu Ra đã được kiểm tra thành công và có thể dùng để dự đoán độ nhám Ra khi mài trục vít trục vít Acsimet chế tạo bằng thép hợp kim 35CrMo.

Giải bài toán tối ưu hàm mục tiêu Ra với mong muốn càng nhỏ càng tốt. Kết quả

chạy chức năng tối ưu hóa trong phần mềm Minitab đạt được đồ thị (hình 4.9).

Hình 4.9. Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu độ nhám Ra khi mài thép 35CrMo

Từ kết quả đạt được trong (hình 4.9), giá trị tối ưu của các thông số chế độ cắt và kết quả dự đoán hàm mục tiêu Ra được thống kê trong (bảng 4.6).

111

Bảng 4.6. Giá trị tối ưu hóa các thông số chế độ cắt và giá trị hàm mục tiêu Ra khi mài thép 35CrMo.

Giá trị thông số chế độ cắt tối ưu

v n S Giá trị tối ưu của độ nhám Ra (µm) (m/s) (vòng/phút) (µm/hành trình)

23,495 4,412 4,727 1,025

4.2.2.3. Sự ảnh hưởng của các thông số mài răng đến lượng tiêu hao đá khi mài thép 35CrMo

a. Khái niệm lượng tiêu hao đá tương đối

k td=

n td mtd

Lượng tiêu hao đá tương đối ktd được tính bằng tỷ số giữa lượng kim loại tách ra và lượng đá tách ra. Ta có công thức:

Trong đó: ktd: Lượng tiêu hao đá tương đối

ntd: Lượng kim loại tách ra

mtd: Lượng đá tách ra

b. Mục đích nghiên cứu.

Ảnh hưởng của quá trình mài có rất nhiều yếu tố khác nhau như đã nêu ở phần trên. Các yếu tố đó một số có thể khắc phục được nhờ chất lượng của thiết bị gia công, một số yếu tố khác như chọn đá, chế độ sửa đá... tác giả kế thừa nghiên cứu của các công trình khác đã nghiên cứu và công bố trong các luận văn và bài báo... Nhưng tác giả nhận thấy ngoài các yếu tố trên để chi tiết sau khi mài đạt kết quả cao thì cần xác định lượng dư để mài một cách chính xác. Lượng dư gia công được xác định hợp lý về trị số và dung sai sẽ góp phần bảo đảm hiệu quả kinh tế của quá trình công nghệ vì:

- Lượng dư quá lớn sẽ tốn nguyên vật liệu, tiêu hao lao động để gia công nhiều, tốn

năng lượng điện, dụng cụ cắt, vận chuyển nặng... dẫn đến giá thành tăng.

- Ngược lại, lượng dư quá nhỏ sẽ không đủ để hớt đi các sai lệch của phôi để biến phôi thành chi tiết hoàn thiện. Như vậy sai lệch sẽ giảm dần qua mỗi nguyên công mài. Vì vậy mà trong một quá trình công nghệ ta phải chia ra nhiều nguyên công, nhiều bước để có thể hớt dần lớp kim loại mang sai số in dập do nguyên công trước để lại. Lượng dư phải đủ để thực hiện các nguyên công cần thiết đó. Mặt khác, nếu lượng dư quá bé thì khi gia công có thể xảy ra hiện tượng trượt giữa dao và chi tiết, dao sẽ bị mòn nhanh, bề mặt gia công không bóng; Chính lượng dư gia công này là lượng kim loại tách ra.

112

Mặt khác khi mài để đánh giá chất lượng đá mài cũng như tuổi thọ của đá ta cần tính đến lượng đá tách ra trong quá trình mài. Ở đá mài có nhiều yếu tố đánh giá chất lượng như: Vật liệu hạt mài, kích cỡ hạt, chất kết dính, cấu trúc đá,…và một yếu tố khác cũng quan trọng là độ cứng của đá (tức độ cứng hạt) vì: Trong thời gian làm việc, hạt mài bị cùn đi, lực tác dụng vào hạt mài tăng lên, đến mức nào đó có thể làm cho hạt mài tróc ra khỏi bề mặt đá mài. Độ cứng của đá mài là khả năng chống lại sự tróc của hạt mài, trong thời gian làm việc. Đá mài có chất kết dính Keramic và Bakelit được chế tạo với tất cả các cấp độ cứng. Đá mài có chất dính kết Vunkahit chỉ chế tạo với một số độ cứng nhất định. Thường đánh giá chất lượng đá mài là tuổi bền của đá hoặc lượng tiêu hao khi cắt đi được 1cm3 vật liệu gia công. Khi mài vật liệu càng cứng, hạt mài mòn càng nhanh cần chọn đá mài mềm, (để hạt mài dễ tróc ra tạo khả năng tự mài sắc một phần) và ngược lại vật liệu gia công càng mềm, cần chọn đá mài có độ cứng cao hơn, khi mài vật liệu dẻo (nhôm, đồng...). Nhưng đối với mài thép hợp kim đã qua nhiệt luyện cần chọn loại đá mài có độ cứng cao hơn, tức là ta phải xem vật liệu này là mềm mới thực hiện được, ngoài hiện tượng mòn các hạt mài, mặt đá mài còn bị lì đi (do phôi bịt kín các khe hở giữa các hạt) do vậy cần chọn đá mềm. Mặt tiếp xúc giữa đá mài và các chi tiết gia công càng lớn, hạt mài mòn càng nhanh cần chọn đá mài càng mềm.

c. Trình tự thí nghiệm

- Lựa chọn phôi và vật liệu chế tạo trục vít Acsimet. Vật liệu là thép hợp kim có

mác thép 35CrMo.

- Các thông số đầu vào

Vận tốc quay phôi n (Vòng/phút): Biến thiên trong khoảng từ 2 – 7 vòng/phút.

Vận tốc đá v (m/s): Biến thiên trong khoảng từ 22 – 27 m/s.

Lượng chạy dao hướng trục S (µm/hành trình): Biến thiên trong khoảng từ 4 – 12 µm/hành trình

- Thiết bị xác định lượng tiêu hao đá.

Hình 4.10. Cân điện tử

113

Cân Điện Tử Ohaus SPX622 Model: SPX622 Hãng Sản Xuất: Ohaus – Mỹ

Thông số kỹ thuật:

Khả năng cân tối đa: 620g

Độ chính xác: 0,01g

Độ tuyến tính: ± 0,02g

Đơn vị cân: g, kg, ct, N, oz, ozt, dwt, lb, lb:oz, grn

Chế độ ứng dụng cân: Cân, đếm mẫu, tỉ lệ phần trăm trọng lượng, kiểm tra trọng lượng…

Nguồn cung cấp: AC adapter (đi kèm), sử dụng nguồn điện 220V/50Hz hoặc 4 AA

batteries

Cổng giao tiếp: RS232, USB Host, USB Device, Ethernet hoặc Bluetooth

(Options)

Màn hình hiển thị: LCD, đèn nền backlight độ tương phản cao

Khả năng quá tải: 10 lần tải trọng (6.2kg)

Nhiệt độ hoạt động: Nhiệt độ từ 100°C đến 400°C tại độ ẩm tương đối 10% đến

80%, không ngưng tụ

Điều kiện bảo quản: Từ -200°C tới 550°C tại độ ẩm tương đối 10% đến 90%,

không ngưng tụ

- Các thiết bị khác được trình bày ở mục trên.

Mỗi thí nghiệm được tiến hành như sau:

(1) Thu gom toàn bộ dung dịch làm nguội có lẫn mạt sắt và mạt hạt mài

(2) Tách dung dịch làm nguội bằng vải lọc

(3) Sấy khô hỗn hợp mạt sắt và mạt hạt mài

(4) Tách mạt sắt ra khỏi mạt hạt mài bằng nam châm

(5) Cân mạt sắt, mạt hạt mài

(6) Tính ktd

d. Kết quả nghiên cứu

Sử dụng phần mềm Minitab 19, tiến hành phân tích kết quả lượng tiêu hao đá (k td) trong (bảng 4.4). Kết quả phân tích phương sai (ANOVA) đối với hàm mục tiêu ktd được thống kê và trình bày trong (bảng 4.7). Đồ thị phản ánh mức độ ảnh hưởng của bậc 1 của

114

các thống số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá k td như hình 4.11, ảnh hưởng bậc 2 của các thống số chế độ cắt đến ktd như hình 4.12, ảnh hưởng chéo của các thống số chế độ cắt đến ktd như hình 4.13.

Bảng 4.7. Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu Ra khi mài thép 35CrMo

Trung bình bình

Bậc tự do Tổng bình phương độ lệch Giá trị xác suất Yếu tố phương

Giá trị thống kê (F- Value) (DF) (Seq SS) (P-Value) (Adj MS)

Mô hình 9 2534,13 281,57 635,68 0

bậc 1 3 928 309,332 698,36 0

n 1 927,6 0 927,598 2094, 18

S 1 0,4 0,398 0,9 0,366

V 1 0 0, 001 0 0,966

Bậc 2 3 0 1391,16 463,721 1046,91

n*n 1 807,7 0 807,697 1823,48

S*S 1 235,75 0 235,746 532,23

V*V 1 594,39 0 594,388 1341,91

Tác động chéo 3 214,97 0 71,658 161,78

n*S 1 0,03 0,033 0,07 0,792

n*V 1 169 0 169,004 381,55

S*V 1 45,94 0 45,936 103,71

Sai số 10 4,43 0,443

Độ tương thích 5 2,99 0,598 2,07 0,221

Hệ số tương quan: R2 = 99,83%

115

Hình 4.11. Đồ thị ảnh hưởng bậc nhất của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài trục vít Acsimet khi mài thép 35CrMo

Hình 4.12. Đồ thị ảnh hưởng bậc hai của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài trục vít Acsimet khi mài thép 35CrMo

Hình 4.13. Đồ thị ảnh hưởng chéo của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài trục vít Acsimet khi mài thép 35CrMo

116

Từ kết quả phân tích ANOVA trong (bảng 4.7) và các đồ thị từ 4.1 đến 4.3 cho thấy, giá trị xác suất (P) về mức độ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt (n , S , v ) ở mô hình bậc 1, bậc 2 và tác động chéo, với mức ý nghĩa xác suất chuẩn α = 0,05, thì giá trị P của S , vvà n∗S lớn hơn 0,05, như vậy chúng ít ảnh hưởng đến chỉ tiêu ktd; còn giá trị P của n , n2 , S 2, v2 , S∗v và n∗v nhỏ hơn 0,05, như vậy chúng ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu k td. Trong đó, yếu tố n (tốc độ quay) ảnh hưởng mạnh nhất đến lượng tiêu hao đá k td, trong khoảng khảo sát, tốc độ quay tăng làm cho ktd giảm, khi n tăng từ 2,8 đến 4,2 vòng/phút, mức độ giảm Ra rất mạnh, còn khí n tăng từ 4,2 đến 5,6 vòng/phút, thì ktd tăng rất yếu. Trong khi, yếu tố S , v ảnh hưởng yếu hơn đến chỉ tiêu ktd. Khi S tăng trong khoảng từ 4 đến 7 µm/hành trình, ktd giảm, còn khi S tăng trong khoảng từ 7 đến 10 µm/hành trình ktd tăng, mức tăng và giảm trong các khoảng gần bằng nhau. Yếu tố tốc độ chạy dao v ảnh hưởng tới chỉ tiêu ktd gần giống với yếu tố S, Khi v tăng trong khoảng từ 22 đến 24 m/s, ktd giảm, còn khi v tăng trong khoảng từ 24 đến 26 m/s, ktd tăng, mức tăng và giảm trong các khoảng gần bằng nhau, tuy nhiên giá trị v ngoài vùng khảo sát lại làm tăng ktd nhẹ.

Mặt khác, từ các đồ thị ảnh hưởng bậc 2 và ảnh hưởng chéo cho thấy, trong vùng khảo sát của các thống số chế độ cắt, đều tồn tại điểm cực trị của hàm mục tiêu k td. Điều này cho thấy, chúng ta có thể tìm được giá trị của bộ các thông số chế độ cắt để được mức độ tối ưu lượng tiêu hao đá ktd với mong muốn ktd càng nhỏ càng tốt.

k td=1005 , 4+1 , 53 n−15 , 87 S−72, 97 V +3 , 82 n2+0 , 45 S2+1 ,605 v2−0 , 015 n . S−1 ,6415 n . v +0 , 399 S . v

Sử dụng phần mềm Minitab 19, xây dựng được phương trình hồi hàm mục tiêu lượng tiêu hao đá k theo các thông số công nghệ (n , S , v ) như phương trình (4.2):

(4.2)

Phương trình (4.2) có hệ số xác định R2 = 99, 83% rất gần với 1, điều đó khẳng định phương trình này có khả năng tương thích rất cao với các số liệu thực nghiệm. Phương trình hàm hồi quy ktd (4.2) là cơ sở cho việc lựa chọn giá trị các thông số chế độ cắt (n , S , v )nhằm đảm bảo lượng tiêu hao đá được một giá trị nhỏ nhất.

Từ hàm hồi quy, xây dựng được các biểu đồ ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá ktd như hình 4.14 và Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của từng cặp thông số đến lượng tiêu hao đá ktdtrình bày trên các hình 4.14 - 4.17.

117

Hình 4.14. Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài thép 35CrMo.

Hình 4.15. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, S tới lượng hao đá khi mài thép 35CrMo

Hình 4.16. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n,v tới lượng hao đá khi mài thép 35CrMo

118

Hình 4.17. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số S, v tới lượng hao đá thép 35CrMo

Từ các đồ thị nhận thấy:

- Giai đoạn đầu hạt mài bắt đầu tiếp xúc với bề mặt chi tiết và có mài mòn làm mất đi các đỉnh của hạt mài, tiếp theo hạt mài sẽ nén lên bề mặt chi tiết xuất hiện hiện tượng trượt (sliding)

- Giai đoạn 2 năng lượng truyền cho hạt mài tăng lên, hạt mài sẽ gây hiệu ứng cào

xước trên bề mặt chi tiết

- Giai đoạn 3, hạt mài gây hiệu ứng tạo phoi mài

Nhưng khi tốc độ đạt quá tối đa sẽ dẫn tới hiện tượng trượt làm cháy bề mặt chi tiết. Vì vậy xác định được chế độ mài ổn định là: n = 5,063 (vòng/phút); S = 6,848 (µm/hành trình); v = 24,465 (m/s) khi là ktd min = 62,21.

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Thứ tự thí nghiệm

Kết quả thực nghiệm

Kết quả dự đoán

Hình 4.18. biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu khi mài thép 35CrMo

Ngoài ra, phương trình hàm hồi quy này cũng đã được sử dụng để tính lượng tiêu hao đá khi mài trục vít Acsimet thép hợp kim 35CrMo, kết quả so sánh giữa lượng tiêu hao đá với kết quả đo thực nghiệm được mô tả trong biểu đồ (hình 4.18).

119

Kết quả so sánh chỉ ra rằng, lượng tiêu hao đá khi tính từ mô hình dự đoán rất sát với kết quả khi đo thực nghiệm, độ sai lệch trung bình dưới 0,57% và có điểm sai lệch lớn nhất là 1,08%. Như vậy, có thể thấy phương trình hàm hồi quy của hàm mục tiêu ktd đã được kiểm tra thành công và có thể dùng để dự đoán lượng tiêu hao đá k khi mài trục vít trục vít Acsimet chế tạo bằng thép hợp kim 35CrMo.

Giải bài toán tối ưu hàm mục tiêu ktd với mong muốn càng nhỏ càng tốt. Kết quả

chạy chức năng tối ưu hóa trong phần mềm Minitab đạt được đồ thị (hình 4.19).

Hình 4.19. Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu lượng tiêu hao đá khi mài thép 35CrMo.

Từ kết quả đạt được trong (hình 4.19), giá trị tối ưu của các thông số chế độ cắt

và kết quả dự đoán hàm mục tiêu ktd được thống kê trong (bảng 4.8).

Bảng 4.8. Giá trị tối ưu hóa các thông số chế độ cắt và giá trị hàm mục tiêu ktd khi mài thép 35CrMo

Giá trị thông số chế độ cắt tối ưu

n S v Giá trị tối ưu của lượng tiêu hao đá ktd (vòng/phút) (µm/hành trình) (m/s)

5,063 6,848 24,465 62,21

Nhận thấy:

Trong 1 hành trình mài tức S = const thì coi như lượng tách kim loại không đổi, lúc đó lượng tiêu hao đá biến thiên theo lượng mòn đá. Khi vận tốc quay của đá mài tăng, đá sẽ đỡ bị mòn hơn. Chiều sâu mài tăng sẽ làm tăng tốc độ mòn đá. Lượng chạy dao dọc càng lớn thì đá mài càng nhanh mòn. Việc sử dụng dung dịch trơn nguội giúp kiểm soát nhiệt độ vùng mài và giảm tốc độ mòn của đá. Khi tăng vận tốc quay của chi tiết thì đá mòn chậm hơn.

Khi tăng lượng chạy dao hướng S thì lượng mòn của đá mài sẽ tăng. Nhưng khi phôi quay ở tốc độ thấp thì ảnh hưởng của lượng chạy dao đến lượng mòn sẽ nhỏ hơn so

120

với khi phôi quay ở tốc độ cao.

Khi tăng tốc độ quay của phôi thì thì lượng mòn của đá mài sẽ tăng nhưng mức độ tăng thấp hơn so với khi tăng lượng chạy dao. Điều đó chứng tỏ lượng chạy dao có ảnh hưởng đến lượng mòn đá mài. Nguyên nhân là do bản chất chuyển động quay của phôi là chuyển động chạy dao vòng trong quá trình mài định hình. Dẫn đến khi thực hiện giảm số vòng quay của phôi thì sự phân bố lượng bóc tách kim loại trên toàn bộ chu vi của phôi sẽ không đều. Ban đầu trong một giây mài đầu tiên thì đá mài sẽ cắt vào bề mặt phôi một lượng đúng bằng lượng chạy dao. Sau đó, trong giây thứ hai nếu phôi quay chưa hết một vòng sẽ làm cho đá mài phải cắt vào bề mặt phôi một lượng bóc tách kim loại lớn hơn gấp đôi. Do đó, trên toàn bộ chu vi của phôi sẽ có những điểm đá mài sẽ cắt với lượng bóc tách kim loại lớn, có những điểm đá mài sẽ cắt với lượng bóc tách kim loại nhỏ. Dẫn đến sự chênh lệch đường kính của chi tiết sau mài ở các tiết diện khác nhau sẽ làm lượng mòn đá và bóc tách kim loại khác nhau trong một hành trình mài, vì vậy lượng tiêu hao đá sẽ biến thiên không trên một đường thẳng.

Khi tăng lượng dư mài thì lượng mòn của đá mài, lượng tách kim loại cũng sẽ tăng nhưng lượng tăng là không đáng kể. Điều đó chứng tỏ lượng dư mài ở đây ảnh hưởng không nhiều đến lượng tiêu hao đá ktd và độ chính xác của chi tiết mài. Trong thực nghiệm đo lượng tiêu hao đá hệ số k biến thiên trong khoảng từ 64 – 89 điều đó chứng tỏ rằng lượng đá tách ra luôn nhỏ hơn so với lượng kim loại tách ra là phù hợp với yêu cầu thực tế của mài để đảm bảo quá trình mài đạt chất lượng và khả năng làm việc của đá trong việc lựa chọn đá và sử dụng đá trong quá trình mài. Bên cạnh đó nguyên lý chọn đá mài trong quá trình mài là: Đá cứng: là loại ít mòn trong quá trình làm việc thích hợp để mài cắt vật liệu mềm như đồng nhôm; đá mềm: là loại nhanh mòn trong quá trình sử dụng thích hợp để mài vật liệu cứng như inox, thép hợp kim, … khi mài trục vít Acsimet thép hợp kim qua nhiệt luyện cần chọn đá mài theo phương án 2. Với nguyên lý cắt gọt kim loại thì lượng cắt phoi phải lớn nhất và lượng mòn dao phải thấp nhất để có năng suất cao và độ chính xác cao, nhưng đối với mài thép hợp kim cần phải chọn đá mài mềm tức là nhanh mòn tương đương với lượng tách đá mài lớn. Điều này phù hợp với nguyên lý và mục đích của mài vì trong quá trình mòn đá thì các hạt đá mới được thay thế xem như các dao cắt mới hình thành, vì vậy sẽ tăng chất lượng bề mặt cho quá trình mài. Như vậy lượng tiêu hao đá lúc này xẩy ra cả tăng lượng bóc kim loại và cả việc tăng lượng tách đá, để phù hợp chế độ cắt đảm bảo lượng bóc kim loại cao nhất và lượng tách đá sao cho đảm bảo độ ổn định cho đá mài cũng như tuổi thọ cho đá nhận thấy được chế độ ổn định đạt được như trên.

121

4.2.2. Thép 38CrMo

Bảng 4.9: Kết quả đo thực nghiệm trên thép 38CrMo

n (Vận tốc quay phôi) v (Vận tốc đá) S (Lượng chạy dao hướng trục) TT Ra ktd vòng/ phút m/s µm/hành trình

1 2.8 4 22 1,126 89,01

2 5.6 4 22 1,063 81,2

3 2.8 10 22 1,267 84,44

4 5.6 10 22 1,204 76,55

5 2.8 4 26 1,040 93,14

6 5.6 4 26 1,115 67,12

7 2.8 10 26 1,248 98,33

8 5.6 10 26 1,274 71,88

9 2.8 7 24 1,195 99,15

10 8.0 7 24 1,135 72,76

11 4.0 2 24 1,084 77,13

12 4.0 12 24 1,288 75,31

13 4.0 7 21 1,066 82,76

14 4.0 7 27 1,204 83,13

15 4.0 7 24 1,045 65,47

16 4.0 7 24 1,032 65,12

17 4.0 7 24 1,055 64,34

18 4.0 7 24 1,039 64,31

19 4.0 7 24 1,088 64,22

122

7 20 4.0 24 1,075 65,13

Tiến hành thực nghiệm theo bảng ma trận để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông

số công nghệ đến độ nhám thu được kết quả như bảng 4.10.

Bảng 4.10. Kết quả đo độ nhám Ra sau thí nghiệm

Ra No x0 x1 x2 x3

1 1 -1 -1 -1 1,126

2 1 1 -1 -1 1,063

3 1 -1 1 -1 1,267

4 1 1 1 -1 1,204

5 1 -1 -1 1 1,040

6 1 1 -1 1 1,115

7 1 -1 1 1 1,248

8 1 1 1 1 1,274

9 1 0 0 1,195 - 1,682

10 1 1 0 1,135 1,682

11 1 0 0 1,084 -1,682

12 1 0 0 1,288 1,682

13 1 0 0 -1,682 1,066

14 1 0 0 1,682 1,204

15 1 0 0 0 1,045

16 1 0 0 0 1,032

17 1 0 0 0 1,055

18 1 0 0 0 1,039

19 1 0 0 0 1,088

20 1 0 0 0 1,075

Làm tương tự như trên, nhận được hàm hồi quy tương thích và có dạng là:

Ra = 1,056 +0,073S + 0,018v + 0,028nv + 0,038n2 +0,046S2 + 0,028v2

Đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố

Theo [24], ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến hàm mục tiêu được xác

định theo công thức:

123

S = 0,018 n = 0,145 v = 0,036

Thay số vào nhận được:

Nhận thấy

, điều đó chứng tỏ sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám Ra được sắp xếp theeo thứ tự giảm dần là: Lượng tiến dao, vận tốc đá và vận tốc quay hay (S, v, n),

Xác định bộ thông số công nghệ tối ưu,

Để xác định bộ thông số công nghệ tối ưu từ hàm mục tiêu đã xây dựng được, luận

án sử dụng phần mềm Modde 5 để xác định, Kết quả đánh giá tối ưu như trên hình như

Giá trị Ra tối ưu nhỏ nhất có thể đạt được từ hàm hồi quy xây dựng được sẽ là Ramin = 1,0253 (µm), Giá trị này đạt được tại bộ thông số công nghệ sau: n = 4,5 (vòng/phút); S = 4,72 (µm/hành trình); v = 23,51 (m/s). 4.2.2.1. Đồ thị ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến hàm mục tiêu khi mài thép 38CrMo a. Ảnh hưởng của S và v đến Ra khi mài thép 38CrMo

124

Hình 4.20. Ảnh hưởng của S và v đến Ra khi mài thép 38CrMo

Trên đồ thị ta nhận được: v = 23,51 (m/s), S = 4.72 (µm/hành trình) và Ramin =

1,0253 (µm)

b. Ảnh hưởng của n và v đến Ra khi mài thép 38CrMo

Hình 4.21. Ảnh hưởng của n và v đến Ra khi mài thép 38CrMo

Điểm tối ưu là: Ramin = 1,0253 (µm), Giá trị này đạt được tại: n = 4,5 (vòng/phút);

v = 23,51 (m/s). c. Ảnh hưởng của n và S đến Ra khi mài thép 38CrMo

Hình 4.22. Ảnh hưởng của n và S đến Ra khi mài thép 38CrMo

Đạt tối ưu tại: Ramin = 1,0253 (µm), Giá trị này đạt được tại: n = 4,5 (vòng/phút); S

= 4,72 (µm/hành trình). 4.2.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lượng tiêu hao đá tương đối (ktd) khi mài trục vít acsmet khi mài thép 38CrMo

Tiến hành thực nghiệm theo bảng ma trận trên, thu được kết quả như sau:

Bảng 4.11. Kết quả đo độ nhám ktd sau thí nghiệm

No x0 x1 x2 x3 ktd

1 1 -1 -1 -1 89,01

125

1 -1 1 -1 81,2 2

-1 1 1 -1 84,44 3

1 1 1 -1 76,55 4

-1 -1 1 1 93,14 5

1 -1 1 1 67,12 6

-1 1 1 1 98,33 7

1 1 1 1 71,88 8

0 - 1,682 1 0 99,15 9

1 1,682 1 0 72,76 10

0 -1,682 1 0 77,13 11

0 1,682 1 0 75,31 12

0 0 1 -1,682 82,76 13

0 0 1 1,682 83,13 14

0 0 1 0 65,47 15

0 0 1 0 65,12 16

0 0 1 0 64,34 17

0 0 1 0 64,31 18

0 0 1 0 64,22 19

0 0 1 0 65,13 20

Làm tương tự như trên, phương trình hồi quy biểu diễn sự mối quan hệ giữa k td và

các thông số công nghệ như sau:

k = 64,77 – 8,242n – 4,596nv + 2,396Sv + 7,484n2 + 4,043S2 + 6,42v2

Đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố

Theo [24], ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến hàm mục tiêu được xác

định theo công thức:

Thay số vào nhận được:

Nhận thấy

, điều đó chứng tỏ sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lượng tiêu hao đá được sắp xếp theo thứ tự giảm dần là: Vận tốc quay, lượng tiến dao và vận tốc đá hay (n, S, v),

126

Xác định bộ thông số công nghệ tối ưu,

Để xác định bộ thông số công nghệ tối ưu từ hàm mục tiêu đã xây dựng được, luận

án sử dụng phần mềm Modde 5 để xác định, Kết quả đánh giá tối ưu như sau:

Giá trị ktd tối ưu nhỏ nhất có thể đạt được từ hàm hồi quy xây dựng được sẽ là: ktdmin =

97,84, Giá trị này đạt được tại bộ thông số công nghệ sau: n = 2,8 (vòng/phút) ; S = 10

µm/hành trình); v = 26 (m/s),

1. Đồ thị ảnh hưởng của s,v đến ktd khi mài thép 38CrMo

Hình 4.23. Ảnh hưởng của S và v đến ktd khi mài thép 38CrMo

2. Đồ thị ảnh hưởng của n,v đến ktd khi mài thép 38CrMo

Hình 4.24. Ảnh hưởng của n và v đến ktd khi mài thép 38CrMo

127

3. Đồ thị ảnh hưởng của s, n đến ktd khi mài thép 38CrMo

Hình 4.25. Ảnh hưởng của n và S đến ktd khi mài thép 38CrMo Từ kết quả trên có được:

Bảng 4.12. Kết quả tối ưu hoá khi mài thép 35CrMo và 38CrMo

Thép 35CrMo

Thép 38CrMo

Thép 35CrMo 5,063

Thép 38CrMo 2,8

Thép 35CrMo 24,465

Thép 38CrMo 26

Thép 35CrMo 6,848

Thép 38CrMo 10

Thép 35CrMo 62,21

Thép 38CrMo 97,84

ktdmin n (vòng/phút) v (m/s) S (µm/hành trình) Ramin (µm)

4,412 4,5 23,495 23,51 4,727 4,72 1,025 1,0253

Nhận thấy: Với loại thép có hàm lượng hợp kim gần tương đồng thì khi mài độ nhám bề mặt đạt được là tương tự nhau nhưng ở các chế độ cắt khác nhau, chính vì vậy mà dẫn đến lượng tách kim loại và tách đá khác nhau nên hệ số tiêu hao đá là không giống nhau.

Để đánh giá thêm về quá trình mài trục vít trên thép hợp kim sử dụng thêm thép

40Cr để làm thực nghiệm vì loại thép này không chứa hàm lượng Mo 4.2.3. Thép 40Cr 4.2.3.1. Kết quả thí nghiệm. Với phương pháp tương tự như trên có được

Bảng 4.13. Ma trận thực nghiệm và kết quả tính toán sau khi đo của các chỉ tiêu

128

Thông số thay đổi khi mài răng Kết quả tính toán sau khi đo trên mẫu TT n S v Ra ktd (vòng/phút) (µm/hành trình) (m/s) (µm)

1 2,8 4 22 1,146 90,56

2 5,6 4 22 1,090 80,33

3 2,8 10 22 1,206 85,39

4 5,6 10 22 1,166 76,60

5 2,8 4 26 1,065 94,00

6 5,6 4 26 1,072 66,68

7 2,8 10 26 1,255 98,16

8 5,6 10 26 1,220 72,45

9 1,845 7 24 1,209 99,09

10 6,555 7 24 1,172 73,17

11 4,2 24 1,05 77,62 1,955

12 4,2 24 1,211 75,32 12,045

13 4,2 7 1,085 82,37 20,636

14 4,2 7 1,110 83,41 27,364

15 4,2 7 24 1,052 65,24

16 4,2 7 24 1,048 66,34

17 4,2 7 24 1,065 64,51

18 4,2 7 24 1,082 64,12

19 4,2 7 24 1,078 65,11

20 4,2 7 24 1,055 66,03

4.2.2.2. Ảnh hưởng của các thông số mài răng đến độ nhám khi mài thép 40Cr

Tương tự như trên nhận được hàm hồi quy có dạng:

129

Ra=1 , 063−0 ,014 n+0 , 055 S +0 , 003 v−0 ,003 nS +0 , 009 nv+ 0 , 025 Sv + 0 , 047 n2+ 0 , 026 S 2+ 0 , 014 v2

(4.3)

Kết quả đánh giá tối ưu như trên hình sau:

Giá trị Ra tối ưu nhỏ nhất có thể đạt được từ hàm hồi quy xây dựng được là Ramin =

1,0255 (µm). Giá trị này đạt được tại bộ thông số công nghệ sau: n = 4,34 (vòng/phút); S

= 4 (µm/hành trình); v = 25,63 (m/s).

a. Ảnh hưởng của S và v đến Ra khi mài thép 40Cr

Hình 4.26. Ảnh hưởng của S và v đến Ra khi mài thép 40Cr

Từ đồ thị nhận thấy: Khi S thay đổi từ 2 – 10 (µm/hành trình) và v thay đổi từ 22 – 26 m/s thì độ nhám bề mặt Ra có sư thay đổi như sau: Khi n tăng từ 22 – 25 (m/s) độ nhám bề mặt bặt đầu giảm xuống và tại v = 25,63 (m/s) thì có hiện tượng độ nhám bề mặt bắt đầu tăng lên. Và tại v = 25,63 (m/s) ta tìm được S = 4 (µm/hành trình) và Ra = Ramin = 1,0255 (µm)

b. Ảnh hưởng của n và v đến Ra khi mài thép 40Cr

130

Hình 4.27. Ảnh hưởng của n và v đến Ra khi mài thép 40Cr

Từ đồ thị nhận thấy: Khi v tăng từ 22 - 26 (m/s) và n tăng từ 2 – 10 (vòng/phút) thì ban đầu Ra giảm dần đến tại n = 4,34 (vòng phút) thì bắt đầu tăng lên. Tức là tại n = 4,34 (vòng/phút), v = 25,63 (m/s) thì có Ramin = 1,0255 (µm).

c. Ảnh hưởng của n và S đến Ra khi mài thép 40Cr

Hình 4.28. Ảnh hưởng của n và S đến Ra khi mài thép 40Cr

Từ đồ thị nhận thấy: Khi S thay đổi từ 2 – 10 (µm/hành) trình n tăng từ 2 – 10 (vòng/phút) nhận thấy: Khi tăng chiều sâu cắt thì nhám bề mặt chi tiết tăng lên. Từ đồ thị ta xác định được Ramin = 1,0255 (µm). Tại: n = 4,34 (vòng/phút); S = 4 (µm/hành)

4.2.3.3. Sự ảnh hưởng của các thông số mài răng đến lượng tiêu hao đá khi mài thép 40Cr

Từ kết quả thí nghiệm trên ta làm tương tự như trên, phương trình hồi quy biểu

k td=65 , 22−8 , 468 n−4 ,251 nv +2 ,354 Sv +7 , 428 n2+ 4 , 013 S 2+ 6 , 282 v2 (4.4)

diễn sự mối quan hệ giữa ktd và các thông số công nghệ như sau:

Điều đó chứng tỏ sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám Ra được sắp xếp theo thứ tự giảm dần là: Vận tốc quay, lượng tiến dao và vận tốc đá hay (n, S, v).

Giá trị Ra tối ưu nhỏ nhất có thể đạt được từ hàm hồi quy xây dựng được sẽ là ktdmin = 97,44. Giá trị này đạt được tại bộ thông số công nghệ sau: n = 2,8 (vòng/phút); S = 10 (µm/hành trình); v = 26 (m/s).

a. Đồ thị ảnh hưởng của s, v đến ktd khi mài thép 40Cr

131

Hình 4.29. Ảnh hưởng của S và v đến ktd khi mài thép 40Cr

b. Đồ thị ảnh hưởng của n, v đến ktd khi mài thép 40Cr

Hình 4.30. Ảnh hưởng của n và v đến ktd khi mài thép 40Cr

c. Đồ thị ảnh hưởng của s, n đến ktd khi mài thép 40Cr

Hình 4.31. Ảnh hưởng của n và S đến ktd khi mài thép 40Cr

Xác định được chế độ mài ổn định là: n = 2,8 (m/s); S = 10 (µm/hành trình); v = 26 (m/s) khi là ktdmin = 97,4.

Từ kết quả trên nhận thấy nhám bề mặt phụ thuộc không nhiều vào bản chất vật liệu gia công và lượng mòn đá cũng như lượng bóc tách kim loại khi mài, nhưng hàm lượng hợp kim khác nhau nên cơ tính cũng khác nhau do đó đạt được ở các chế độ cắt khác nhau.

132

Thực nghiệm trên 3 loại thép hợp kim có kết quả:

Bảng 4.14. Kết quả tối ưu hoá khi mài thép 40 Cr, 38CrMo và 35CrMo

Thép 35CrMo 5,063

Thép 38CrMo 2,8

Thép 40Cr 2,8

Thép 35CrMo 24,465

Thép 38CrMo 26

Thép 40Cr 26

Thép 35CrMo 6,848

Thép 38CrMo 10

Thép 40Cr 10

n (vòng/phút) v (m/s) S (µm/hành trình)

4,412 4,5 4,34 23,495 4,72 4 23,51 25,63 4,727

Thép 38CrMo

Thép 35CrMo

Thép 40Cr

Thép 35CrMo 62,21

Thép 38CrMo 97,84

Thép 40Cr 97,44

Ramin ktdmin

1,025 1,0253 1,0255

Từ kết quả trên nhận thấy mặc dù vẫn đạt độ nhám bế mặt tối ưu cùng giá trị Ramin = 1,025 (µm) nhưng đã có sự sai khác lớn về chế độ cắt của 3 thông số n, S ,v cho từng loại. Điều đó chứng tỏ rằng hàm lượng hợp kim trong thép có ảnh hưởng đến chế độ gia công và lượng tiêu hao đá khi mài mặc dù đã qua nhiệt luyện có độ cứng giống nhau

4.3. Thảo luận kết quả

- Từ kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu trên ta thấy nếu tăng chế độ cắt (v, n, S) khi mài thì độ nhám bề mặt giảm nhưng đến một thời điểm nhất định tức là tại chế độ cắt cụ thể độ nhám bề mặt bắt đầu tăng lên và nếu tiếp tục tăng thêm chế độ cắt theo phương pháp nội suy sẽ dẫn đến hiện tượng phá hủy bề mặt của chi tiết cần mài

- Lượng bóc kim loại ban đầu tăng lên và sau đó cũng giảm dần tại các thời điểm

khác nhau.

- Hàm hồi quy ảnh hưởng của v, n, S đến độ nhám bề mặt:

+ Thép 35CrMo:

(*)

Đạt tối ưu tại: Ramin = 1,025 (µm), n = 4, 412 (vòng/phút); S = 4,727 (µm/hành

trình); v = 23,495 (m/s).

+ Thép 38CrMo

Ra = 1,056 +0,073S + 0,018v + 0,028nv + 0,038n2 +0,046S2 + 0,028v2

133

Đạt tối ưu tại: Ramin = 1,0253 (µm), n = 4,5 (vòng/phút); S = 4,72 (µm/hành

trình); v = 23,51 (m/s).

Ra=1 , 063−0 ,014 n+0 , 055 S +0 , 003 v−0 ,003 nS +0 , 009 nv+ 0 , 025 Sv + 0 , 047 n2+ 0 , 026 S 2+ 0 , 014 v2

+ Thép 40Cr:

Đạt tối ưu tại: Ramin = 1,0255 (µm). khi n = 4,34 (vòng/phút); S = 4 (µm/hành

trình); v = 25,63 (m/s).

- Hàm hồi quy ảnh hưởng của v, n, S đến hệ số ktd

k td=1005 , 4+1 , 53 n−15 , 87 S−72, 97 V +3 , 82 n2+0 , 45 S2+1 ,605 v2−0 , 015 n . S−1 ,6415 n . v +0 , 399 S . v

+ Thép 35CrMo:

(**)

Đạt tối ưu tại ktdmin = 62,21; n = 5,063 (vòng/phút); S = 6,848 (µm/hành trình); v

= 24,465 (m/s).

+ Thép 38CrMo

ktd = 64,77 – 8,242n – 4,596nv + 2,396Sv + 7,484n2 + 4,043S2 + 6,42v2

Đạt tối ưu tại ktdmin = 97,84; n = 2,8 (vòng/phút); S = 10 (µm/hành trình); v = 26

(m/s).

k td=65 , 22−8 , 468 n−4 ,251 nv +2 ,354 Sv +7 , 428 n2+ 4 , 013 S 2+ 6 , 282 v2 (4.5)

+ Thép 40Cr:

Đạt tối ưu tại: ktdmin = 97,44 khi: n = 2,8 (vòng/phút); S = 10 (µm/hành trình); v = 26 (m/s).

Nhận thấy giá trị tối ưu của Ra không trùng với k điều đó chứng tỏ rằng chế độ làm việc tối ưu đạt được để Ramin không phải là cùng chế độ để lượng bóc kim loại khi mài nhỏ nhất. Như vậy muốn xác định được lượng bóc kim loại khi mài để xác định lượng dư gia công hay lượng mòn của đá ở chế độ tối ưu (Ramin) thì phải tính như sau:

Từ (*) sẽ có điểm tối ưu n, v, S. Thay điểm này vào (**) sẽ tính được k. Từ kết

quả tính được k mà ta sẽ tùy điều kiện thực tế để xác định các đại lượng còn lại.

4.4. Thực nghiệm đánh giá kết quả của quá trình tối ưu hóa bằng vết tiếp xúc

Xử lý số liệu mài trục vít trên thép 38CrMo: Sau khi gia công trục vít Acsimet ta nhiệt luyện và mài theo số liệu của quy hoạch thực nghiệm sau đó đo lại độ nhám bề mặt như sau:

Bảng 4.15: Số liệu đánh giá tối ưu hoá

Số TN n S v Ghi Ra

134

(µm/hành trình) chú

(vòng/ phút) (m/s) (µm)

1 4,5 5 1,025 24

2 4,5 5 1,024 24

3 4,5 5 1,025 24

4 4,5 5 1,026 24

5 4,5 5 1,022 24

6 4,5 5 1,023 24

7 4, 5 5 1,026 24

8 4,5 5 1,024 24

9 4,5 5 1,027 24

10 4,5 5 1,027 24

11 4,5 5 1,024 24

12 4,5 5 1,026 24

13 4,5 5 1,025 24

14 4,5 5 1,025 24

15 4,5 5 1,025 24

16 4,5 5 1,023 24

17 4,5 5 1,025 24

18 4,5 5 1,026 24

19 4,5 5 1,023 24

20 4,5 5 1,025 24

4.4.1. Chế tạo mô hình kiểm tra vết tiếp xúc

Do có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến vết tiếp xúc của bộ truyền trục vít bánh vít nói chung và tất cả các bộ truyền nói riêng như: Độ chính xác gia công, tay nghề người thợ trong quá trình lắp đặt, khoảng cách trục, tải trọng, … Chính vì vậy để trong đề tài này tác giả không thể xét hết các yếu tố đó chỉ kiểm tra không tải và độ lớn của vết tiếp

135

xúc của răng bánh vít khi ăn khớp không tải với trục vít đã nghiên cứu. (Như ở chương 3)

4.4.2. Kết quả thực nghiệm

- Quá trình đo và kiểm tra vết

Hình 4.32. Quá trình đo vết tiếp xúc

- Kết quả thí nghiệm:

* Thí nghiệm 1:

- Xét theo chiều dài: a1 = 16,9; a2 = 18,1; a3 = 18,6 Chiều dài vết trung bình: atb = (a1 + a2 + a3)/3 = (16, 9 + 18,1 + 18,6)/3 = 17,86 Ta có: Vd = atb/a =17,86/22 = 0,812 = 81,2% - Xét theo chiều rộng: h1 = 5,3; h2 = 4,2; h3 = 4,5 Chiều rộng vết trung bình: htb = (h1 + h2 + h3)/3 = (5,3 + 4,2 + 4,5)/3 = 4,67 Ta có: Vr = htb/hlv = 4, 677/7 = 0,667 = 66,7%

Kết luận: Vậy vết trong thí nghiệm này đã đạt yêu cầu.

136

* Thí nghiệm 2:

- Xét theo chiều dài: a1 = 17,3; a2 = 17,9; a3 = 18,4 Chiều dài vết trung bình: atb = (a1 + a2 + a3)/3 = (17,3 + 17,9 +18,4)/3 = 17,87 Ta có: Vd = atb/a = 17,87/22 = 0,812 = 81,2% - Xét theo chiều rộng: h1 = 5,3; h2 = 3,8; h3 = 5,3 Chiều rộng vết trung bình: htb = (h1 + h2 + h3)/3 = (5, 3 + 3, 8 + 5, 3)/3 = 4,8 Ta có: Vr = htb/hlv = 4,8/7 = 0,686 = 68,6% Kết luận: Vậy vết trong thí nghiệm này đã đạt yêu cầu.

* Thí nghiệm 3:

- Xét theo chiều dài: a1 = 17,2; a2 = 19,2; a3 = 17,4 Chiều dài vết trung bình: atb = (a1 + a2 + a3)/3 = (17, 2 + 19, 2 + 17,4)/3 = 17,93 Ta có: Vd = atb/a = 17,93/22 = 0, 815 = 81,5% - Xét theo chiều rộng: h1 = 5,3; h2 = 4,8; h3 = 4,5 Chiều rộng vết trung bình: htb = (h1 + h2 + h3)/3 = (5,3 + 4,8 + 4,5)/3 = 4,87

137

Ta có: Vr = htb/hlv = 4,87/7 = 0, 695 = 69,5% Kết luận: Vậy vết trong thí nghiệm này đã đạt yêu cầu.

Các thí nghiệm còn lại có kết quả tương tự. Như vậy: Qua số liệu thực nghiệm trên khẳng định được chế độ tối ưu mà đã đưa ra theo quy hoạch thực nghiệm tâm xoay là chính xác.

Từ kết quả trên ta nhận thấy: Có thể mài trục vít thép hợp kim độ cứng 42 – 45 HRC ở chế độ vận tốc quay phôi 4,3 – 4,5 (vòng/phút), lượng tiến dao từ 4 – 5 (µm/hành) trình, vận tốc đá từ 23 - 25 (m/s) đều đạt yêu cầu về chất lượng và cho độ nhám bề mặt sau mài từ 1,023 – 1,026 µm.

4.4.3. Đánh giá kết quả quá trình mài bằng vết tiếp xúc

Để đánh giá kết quả sau khi mài, sử dụng trục vít Acsimet sau khi chế tạo và nhiệt luyện nhưng chưa qua mài với các thao tác như trên

Hình 4.33. Mẫu kiểm tra vết tiếp xúc khi chưa mài

- Quá trình hình thành vết tiếp xúc và đo kiểm :

138

Hình 4.34. Quá trình hình thành vết tiếp xúc khi chưa mài

Hình 4.35. Thông số đo vết tiếp xúc khi chưa mài

Tương tự như trên tính được

- Xét theo chiều dài: atb = 16,9 Ta có: Vd = atb/a = 16,9/22 = 0, 815 = 77% - Xét theo chiều rộng: htb = 4,75 Ta có: Vr = htb/hlv = 4,75/7 = 0, 695 = 67,9% Kết luận: Vậy vết trong thí nghiệm này đã đạt yêu cầu.

Từ kết quả trên nhận thấy khi chưa mài có vết tiếp xúc nhỏ hơn sau khi được gia công nhiệt luyện và mài. Mặt khác trên vết tiếp xúc cho thấy quá trình tiếp xúc khi chưa mài có những vùng bị đứt quãng (tuy nhỏ) chỉ khi tăng tải trọng và tăng tốc độ vòng quay cho trục vít lên mới thấy rõ hơn. Điều này chứng tỏ bề mặt trục vít sau mài đạt chất lượng tốt hơn. Thể hiện trên hình 4.36

Hình 4.36. Quá trình tạo vết trên răng bánh vít chưa nhiệt luyện

139

Từ đó có nhận xét như sau:

Bảng 4.16. Kết quả vết tiếp xúc của răng trục vít Acsimet trước và sau mài

Hình ảnh vết tiếp xúc

Tỷ lệ tiêu chuẩn theo chiều dài Tỷ lệ tiêu chuẩn theo chiều rộng

Trục vít qua mài Trục vít chưa qua mài Trục vít qua mài Trục vít chưa qua mài Trục vít qua mài Trục vít chưa qua mài

81% 77% 69% 68%

Vết sơn đều và ổn định

Vết sơn có đứt quãng và có vết xước khi hình thành

4.5. Kết luận chương 4

- Đã tiến hành thực nghiệm đo độ nhám bề mặt của trục vít Acsimet thép 35CrMo sau khi mài, cân lượng kim loại và hạt mài thoát ra sau khi mài, điều chỉnh thông số công nghệ phù hợp cho phương pháp quy hoạch. Số liệu thí nghiệm phong phú, phương pháp xử lý và kết quả xử lý số liệu đảm bảo độ tin cậy, mỗi 1 mức thí nghiệm phải có thêm 10 thí nghiệm để loại bỏ các số liệu không chính xác hay quá đột biến còn lại lấy trung bình các lần đo

- Xây dựng được quan hệ hàm số giữa các đại lượng đầu ra của quá trình mài Ra và

k với các đại lượng vào n, S, v dưới dạng các hàm số mũ.

- Ứng dụng kỹ thuật điều khiển, đo lường hiện đại và tin học vào việc thí nghiệm

và xử lý kết quả đảm bảo ổn định và tin cậy.

- Chế tạo mô hình kiểm tra độ chính xác của quy hoạch bằng cách kiểm tra vết tiếp

xúc giữa bánh vít và trục vít.

- Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm tâm xoay cho nghiên cứu tối ưu

hóa.

140

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận:

1. Đã đề xuất được chế độ tối ưu của ba thông số vận tốc quay phôi, vận tốc đá, lượng chạy dao hướng trục đến độ nhám bền mặt (Ra) và lượng tiêu hao đá tương đối (k) khi mài trục vít Acsimet thép 35CrMo, 38CrMo và 40Cr.

2. Đã xây dựng được phương pháp thực nghiệm, thiết bị chế tạo và mài trục vít

Acsimet để có kết quả chính xác

3. Nghiên cứu làm rõ được ảnh hưởng của vận tốc quay phôi, vận tốc đá, lượng

chạy dao hướng trục đến độ nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá tương đối.

Đưa ra được mối quan hệ giữa vận tốc quay phôi, vận tốc đá, lượng chạy dao

hướng trục với độ nhám bề mặt dưới dạng hàm hồi quy và giá trị tối ưu:

- Hàm hồi quy ảnh hưởng của v, n, S đến hệ số Ra

+ Thép 35CrMo:

(*)

Đạt tối ưu tại: Ramin = 1,025, n = 4, 412 (vòng/phút); S = 4,727 (µm/hành trình); v =

23,495 (m/s).

+ Thép 38CrMo

Ra = 1,056 +0,073S + 0,018v + 0,028nv + 0,038n2 +0,046S2 + 0,028v2

Đạt tối ưu tại: Ramin = 1,0253, n = 4,5 (vòng/phút); S = 4,72 (µm/hành trình); v =

23,51 (m/s).

Ra=1 , 063−0 ,014 n+0 , 055 S +0 , 003 v−0 ,003 nS +0 , 009 nv+ 0 , 025 Sv + 0 , 047 n2+ 0 , 026 S 2+ 0 , 014 v2

+ Thép 40Cr:

Đạt tối ưu tại: Ramin = 1,0255. khi n = 4,34 (vòng/phút); S = 4 (µm/hành trình); v =

25,63 (m/s).

- Hàm hồi quy ảnh hưởng của v, n, S đến hệ số ktd

k td=1005 , 4+1 , 53 n−15 , 87 S−72, 97 V +3 , 82 n2+0 , 45 S2+1 ,605 v2−0 , 015 n . S−1 ,6415 n . v +0 , 399 S . v

+ Thép 35CrMo:

(**)

Đạt tối ưu tại ktd min = 62,21; n = 5,063 (vòng/phút); S = 6,848 (µm/hành trình); v

= 24,465 (m/s).

141

+ Thép 38CrMo

ktd = 64,77 – 8,242n – 4,596nv + 2,396Sv + 7,484n2 + 4,043S2 + 6,42v2

Đạt tối ưu tại ktdmin = 97,84; n = 2,8 (vòng/phút); S = 10 (µm/hành trình); v = 26

(m/s).

k td=65 , 22−8 , 468 n−4 ,251 nv +2 ,354 Sv +7 , 428 n2+ 4 , 013 S 2+ 6 , 282 v2 (4.5)

+ Thép 40Cr:

Đạt tối ưu tại: ktd min = 97,44 khi: n = 2,8 (vòng/phút); S = 10 (µm/hành trình); v = 26

(m/s).

Tuy nhiên, việc nghiên cứu mài trục vít nói chung và trục vít Acsimet nói riêng ở nước ta là một vấn đề mới, đặc biệt ở Việt Nam còn có nhiều hạn chế về các thiết bị đo. Chưa có thiết bị mài chuyên dùng cho mài trục vít. Kết quả nghiên cứu của luận án là khả quan, mong cơ sở đào tạo tiếp tục ủng hộ việc nghiên cứu và phát triển đề tài này sâu rộng hơn.

Kiến nghị nghiên cứu tiếp theo.

Với các kết quả nghiên cứu có được, nếu tiếp tục được thực hiện đề tài còn mở ra nhiều hướng nghiên cứu tiến tới đánh giá chính xác và đầy đủ về quá trình mài. Nâng cao hiệu quả quá trình mài. Các nội dung có thể phát triển tiếp theo là:

- Nghiên cứu quan hệ nhám bề mặt với các thông số xuất hiện trong quá trình mài

trục vít như: lực, nhiệt mòn đá mài, chế độ sửa đá…

- Ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi mài trục vít có chất làm mát tới nhám

bề mặt.

- Ảnh hưởng của vật liệu hạt mài và các đặc tính cơ lý của nó tới nhám bề mặt.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng di truyền công nghệ của nhám và sóng bề

mặt chi tiết, đá mài trước khi mài tới nhám sau khi mài.

- Ảnh hưởng của rung động tới nhám bề mặt chi tiết gia công. …

- Ảnh hưởng của thành phần hoá học trong thép hợp kim khi mài.

142

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tài liệu tham khảo tiếng việt

[1]. Nguyễn Trọng Bình, Ngô Cường, Trần Minh Đức, Hoàng Văn Quyết (2006) Tối ưu hóa chế độ cắt khi mài tinh thép ШХ15 bằng đá mài Hải Dương Cn46TB GV1400x40x203.50 m/s trên máy mài tròn ngoài. Tuyển tập công trình hội nghị khoa học toàn quốc, cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 8, tr. 90-95.

[2]. PGS.TS Trịnh Chất, TS Lê Văn Uyển - Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1 - NXB Giáo dục (Tái bản lần thứ 6)

[3]. Ngô Cường (2007) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến một vài thông số đặc trưng cho quá trình cắt khi mài tinh thép ШХ15 và X12M bằng đá mài hải dương trên máy mài tròn ngoài. LATS kỹ thuật. ĐHBKHN

[4]. Nguyễn Quốc Dũng và Bùi Lê Gôn - Ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong tạo hình bề mặt xoắn vít Acsimet trên máy CNC 5 trục – Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng số 17 – 9/2013

[5]. Phạm Vũ Dũng (2016) Giám sát trực tuyến mòn đá trong quá trình mài phẳng hợp kim Titan Ti-6Al-4V: LATS Kỹ thuật: 62.52.01.03. ĐHBKHN

[6]. Nguyễn Thế Đạt (2007) Kỹ thuật sản xuất trong chế tạo máy - phần 2. NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.

[7]. Trần Minh Đức (2002) Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi sửa đá đến tuổi bền của đá mài khi mài tròn ngoài. LATS kỹ thuật. ĐHBKHN

[8]. Hoàng Văn Điện (2007) Nghiên cứu quá trình mòn của đá mài và ảnh hưởng của nó đến chất lượng của chi tiết khi mài phẳng. LATS kỹ thuật. ĐHBKHN.

[9]. Nguyễn Tuấn Linh (2015) Tối ưu hóa đa mục tiêu quá trình mài thép hợp kim trên máy mài tròn ngoài. LATS kỹ thuật. ĐHBKHN

[10]. Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt (2001) Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1. NXB Khoa học và kỹ thuật.

[11]. Trần Thị Vân Nga (2017) Nghiên cứu chế tạo đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện. LATS kỹ thuật. Viện Nghiên cứu Cơ khí HN

[12]. Nguyễn Huy Ninh (1996) Nghiên cứu xây dựng phương pháp đánh giá tính cắt gọt của đá mài và lựa chọn cặp đá mài – vật liệu gia công thích hợp. Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí.

143

[13]. Trần Đức Quý (2008) Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài tròn ngoài. LATS mã số 62.52.04.01. ĐHBKHN

[14]. Nguyen Viet Tiep (1984) Obrobtitelnost Kovových materlálú brousením. Dotoral thesis - Vysoká Skola Strojí a textliní Liberec, Czechoslovakia.

[15]. Nguyễn Thanh Tú (2017) Nghiên cứu tạo hình đôi động học trục vít dụng cụ gia công để chế tạo trục vít máy nén khí – Luận án tiến sỹ kỹ thuật. ĐHBKHN

[16]. Nguyễn Anh Tuấn (2018) Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay. Luận án tiến sĩ kỹ thuật Cơ khí. ĐHBKHN

[17] Nguyen Huy Kien, Pham Van Dong, Tran Ve Quoc - Ảnh hưởng của vận tốc đá mài và bước tiến đến độ nhám bề mặt khi mài hớt lưng mặt cong có đường chuẩn ác si mét - Tạp chí khoa học và công nghệ Tập 58 - Số 2 (4/2022)

[18]. GS. TS Trần Văn Địch - Công nghệ chế tạo bánh răng (2006) - Nhà xuất bản khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.

[19]. PGS. Hà Văn Vui, TS Nguyễn Chỉ Sáng - Sổ tay thiết kế cơ khí, tập 2 - NXB Khoa học - Kỹ thuật Hà Nội, 2004

II. Tài liệu tham khảo ngoài nước

[20]. H. Baseri, G. Alinejad (2011) ANFIS modeling of the surface roughness in grinding process. Word Academy of Science, Engineering and Technology, Vol 5, pp 400 - 404.

[21] George E. P. Box, Norman R. Draper(auth.) - Response Surfaces, Mixtures, and Ridge Analyses, Second Edition, 2007, libgen.lc

[22]. Dong WP, Annecchino L, Webster JA (1996) On-line measurement of grinding wheel wear using acoustic emission. Proceedings of the 11th Annual Meeting of American Society for Precision Engineering, USA, 11.1996, pp. 566–71.

[23]. Yoshio Ichida, Ryunosuke Sato, Yoshitaka Morimoto and Yoshihiro Inoue (2006) JSME Profile Grinding of supperalloys with Ultrafine-Crystaline CBN Wheel. International Journal, Vol 49, pp. 94-99.

[24]. Di Ilio, A. Paoletti, D. D’Addona (2009) Characterization and modelling of the grinding process of metal matrix composites. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 58.2009, pp. 291–294.

[25]. R. KOPECKY (1971) Brouseni tvarovými diamantovými kotouei na rovinných bruskách. STROJÍRÉNTVI 21, 348-355.

144

[26]. Stephane LaChance, Andrew Warkentin, Robert Bauer (2003) Development of an Automated System for Measuring Grinding Wheel Wear Flats. Journal of Manufacturing Systems, 22/No.2.2003, pp. 130-135.

[27]. Yan Li (1996) Intelligent selection of grinding conditions. Ph.D.Thesis, Liperpool John Moores University.

[28]. Malkin, S. (1989) Grinding Technology Theory and Applications of Machining with Abrasives. Ellis Horwood Limited.

[29]. S.Malkin (2000), Grinding Technology Theory and Applications of Machining With Abrasives. University of Massachusetts.

[30]. Loan D. Marinescu, Mike Hitchiner, Eckart Uhlmann, W. Brian Rowe, Ichiro. Effect of guide stone speed and center elevation angle of work piece on roughness and roundness of work piece when grinding radial feeder centerless. nt J Adv Manuf Technol (2017) 88:3175 – 3184

[31]. A. Paoletti, A. Di Ilio (2011) A monitoring system for metal matrixcomposites

gringding based on a nococtact capacitive sensor. Journal of Manufacturing Technology Research, 3.2011, pp. 197-210

PAsokan, RSaravanan,

[32]. MSachidanandam (2002) A multi-objective genetic algorithm (GA) approach for optimization of surface grinding operations. International Journal of Machine Tools and Manufacture 42, pp. 1327-1334.

[33]. E. Salje, H.-H. Damlos, H.Teiwes, TU Braunschweig/West Germany (1981) Problems in Profile Grinding — Angular Plunge Grinding and Surface Grinding. Annals of the ClRP Vol. 30/1/1981, pp. 219-222.

[34]. Zhihuang Shen, Bin Yao, Weibin Teng, Wei Feng, and Weifang Sun1 -Generating Grinding Profile between Screw and Forming Tool by Digital Graphic Scanning (DGS) Method - international journal of precision engineering and manufacturing Vol. 17, No. 1, pp. 35-41.

[35]. J. Shibata, T. Goto and M. Yamarnoto (1982) Characteristics of Air Flow Around a Grinding Wheel and Their Availability for Assessing the Wheel Wear. Annals of the ClRP, 31.1982, pp. 233-238.

[36]. Slowik (2007) Multi-objective optimization of surface grinding process with the use of evolutionary algorithm with remembered Pareto set. Int J Adv Manuf Technol.

[37]. Stosic, N., Smith, I., and Kovacevic, A., “Screw Compressors: Mathematical Modelling and Performance Calculation”, Springer Science & Business Media, pp. 45- 48, 2005.

145

[38]. Stosic, N.Smith, I.K., Kovacevic, A., and Mujic, E., “Geometry of Screw Compressor and their Tools ” Journal of Zhejiang University SCIENCE A, Vol. 12, No. 4, pp. 310-326, 2011.

[39] Stosic, N., “On Gearing of Helical Screw Compressor”Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 212, No. 7, pp. 587-594, 1998.

[40]. Wei, J., Zhang, Q., Xu, Z., and Lyu, S., “Study on Precision Grinding of Screw using CBN Wheel ” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 11, No. 5, pp. 651-658, 2010.

[41] Wei, J., Sun, Q., Sun, X., and Sun, W., “A Study on Trục vítr Profiles Design for a Novel Twin-Screw Kneader ” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 14, No. 3, pp. 451-459, 2013.

[42]. Jing Wei & Guanghui Zhang - A precision grinding method for screw trục vítrs using CBN grinding wheel - The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. May 2010.

[43]. Wu, B. H., Zhang, J., Yang, J., and Zhang, D., “Calculation Method for Edge Shape of Forming Wheel for Screw Machining, ” Journal of Mechanical Engineering, Vol. 48, No. 19, pp. 192-198, 2012. (In Chinese).

[44] Wu, Y. R., Fong, Z. H., and Zhang, Z. X., “Simulation of a Cylindrical Form Grinding Process by the Radial-Ray Shooting (RRS) Method ” Mechanism and Machine Theory, Vol. 45, No. 2, pp. 261-272, 2010

[45]. Xing, Z. W., “Screw Compressors: Theory, Design and Application” China Machine Press, pp. 17-24, 2000. (In Chinese).

[46]. Haiyue Yu, Yushan Lu, Jun Wang, “Study on wear of the grinding wheel with an abrasive phyllotactic pattern”. Wear Journal, 358.2016, pp. 89-96.

(деталей подшипников качения).

[47]. ип. Кузнецов (1970), методы бесцентрового шлифования поверхностей тел вращения Специализированный информационный центр подшипниковой промышленности.

Б.М. Бржозовский, О.В. Захаров (2010), обеспечение технологической

[48]. надежности при бесцентровой абразивной обработке. министерство

[49]. Vladimir Bogutsky, Leonid Shron and Yury Novosyolov - Building a model of the process of grinding screws for ball-screw transmission - IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 971 (2020) 022087 doi:10.1088/1757-899X/971/2/022087

[50]. Maslov E N 1974 Theory of Grinding Materials (Moscow: Mashinostroenie). p.400

146

[51]. Bogutsky V.B., Shron L.B. 2019. Changing the characteristics of the working surface of the grinding wheel for the period of its durability. (Vestnik YUUrGU. Seriya «Mashinostroenie», Vol. 19, No. 2). pp. 66-74

[52]. Korchak S.N. 1974. The performance of the grinding process of steel parts. (Moscow: Mashinostroenie). p.280

[53]. Mubarakshin R.M. 1978. Research of the process and development of methods for improving the quality and productivity of profile grinding. (PhD thesis. Odessa). p. 239

[54]. Kalinin E.P. 2009. The theory and practice of grinding performance management without burning, taking into account blunting of the tool. (St. Petersburg, Polytechnic University). p.358.

[55]. Hudobin L.V., Unyanin A.N. 2007. Minimize salting grinding wheels. (Ul'yanovsk, UlGTU) p.298

[56]. Marinescu I.D., Rowe W.B., Dimitrov B., Inasaki I. 2012. Tribology of abrasive machining processes. (Cover Art Publ.). р. 600.

[57]. Reznikov A.N. 1977. Abrasive and diamond processing of materials. Handbook. (Moscow: Mashinostroenie). p. 391

[58]. Bogutsky V., Shron L., Yagyaev E. 2020. Evaluation of the effect of changing the geometry of the abrasive grains of the grinding wheel on the characteristics of the roughness of the grinded surface (IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. Vol 709) doi:10.1088/1757-899X/709/4/044117.

[59]. Bogutsky V, Novoselov Yu, Shron L. 2017. Forecasting the Surface Roughness of the WorkPiece in the Round External Grinding (International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment Web of Conferences, Vol. 129) DOI: 10.1051/matecconf/201712901080.

[60]. Suh JD, Lee DG (2001) Manufacture of composite screw trục vítrs for air compressors by RTM process. J Mater Process Technol 113:196–201

[61]. Novoselov Yu.K. 2012. The Dynamics of Formation of Surfaces in Abrasive Machining (Sevastopol: Publ. SevNTU). р.304.

[62]. F.L. Litvin (1984), "Theory of Gearing, Reference Publication 1212", Nasa, Scientific and Technical Information Division, Washington, D.C.

[63]. N. Oancea (2004), "Generarea suprafeţelor prin înfăşurare (Sur-faces generation by enwrapping)" Vol. I, Teoreme funda-mentale, Edit. Fundaţiei Universitare „Dunărea de Jos” - Galaţi.

147

[64]. N. Oancea (2004), "Generarea suprafeţelor prin înfăşurare (Sur-faces generation by enwrapping), Vol. II", Teoreme com-plementare, Editura Fundaţiei Universitare „Dunărea de Jos” - Galaţi.

[65]. V. Teodor, N. Oancea, M. Dima (2006), "Profilarea sculelor prin metode analitice (Tools profiling by analytical methods)", Edit. Fundaţiei Universitare „Dunărea de Jos” – Galaţi

[66]. I. Baicu, N. Oancea (2002), "Profilarea sculelor prin modelare solidă (Cutting tools profiling by solid modeling)", Edit. Tehnică – Info, Chişinău.

[67]. N. Oancea, I. Popa, V. Teodor, V. Oancea (2010), "Tool Profiling for Generation of Disc, rete Helical Surfaces", Int. J. of Adv. Manuf. Technol.

[68]. I. Veliko, N. Gentcho (1998), "Profiling of rotation tools for form-ing of helical surfaces", Int. J. Mach. Tools Manu.

[69]. R.P. Rodin (1990), "Osnovy proektirovania rezhushchikh instru-mentov (Basics of design of Cutting Tools", Kiev, Vishcha Shkola.

[70]. V.G. Shalamanov, S.D. Smentanin (2007), Shaping of helical surfaces by profiling circles, Russ. Eng. Res.

[71]. N. Oancea (1996), Methode numerique pour l’etude des surfaces enveloppees, Mech. Mach. Theory

[72]. A Arifin1, 2 and Yu-Ren Wu1 -An analytical model for precision milling of screw trục vítr using a disk-like form-milling cutter with multiple inserts - International Conference on Technology and Vocational Teachers (ICTVT) 2020

[73]. Zhao, Y.Q., et al., Precision grinding of screw trục vítrs using CNC method. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2017. 89(9-12): p. 2967- 2979

[74]. Chiang, C.J. and Z.H. Fong, Design of form milling cutters with multiple inserts for screw trục vítrs. Mechanism and Machine Theory, 2010. 45(11): p. 1613-1627

[75]. Stosic, N., A geometric approach to calculating tool wear in screw trục vítr machining. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2006. 46(15): p. 1961-1965

[76]. Zaytsev, D. and C.A.I. Ferreira, Profile generation method for twin screw compressor based on the meshing line. International Journal of Refrigeration-Revue Internationale Du Froid, 2005. 28(5): p. 744-755

[77]. Cao, S., et al., Study on the reverse design of screw profiles based on a B-spline curve. Advances in Mechanical Engineering, 2019. 11(10)

148

[78]. Engin, S. and Y. Altintas, Mechanics and dynamics of general milling cutters. Part II: inserted cutters. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2001. 41(15): p. 2213-2231

[79]. Wu, Y.R. and C.W. Fan, Mathematical Modeling for Screw Form Grinding on Vertical Multi-Axis Computerized Numerical Control Form Grinder. Journal of Manufacturing Science and Engineering-Transactions of the Asme, 2013. 135(5)

[80]. T.Oliver, Theore geometry des engrenages (1842).

[81]. Fador L.Litvin, Alfonso Fuentes, 2004. Gear geometry and applied theory. Cambridge University Press

[82]. The Gleason Works, 1986. Bevel gear development and testing procedure. Gear technology

Toleranzen fur

[83]. Technical Tiêu chuẩns DIN, 1986. DIN 3965 - kegelradverzahnungen. German technical Tiêu chuẩn

[84]. Y.C.Tsai, P.C.Chin, 1987. Surface geometry of straight and spiral bevel gears. Mechanisms, Transmissions, and Automation in Design.

[85]. Y.K. Novoselov, The dynamics of shaping surfaces during abrasive processing, evNTU, Publ., Sevastopol, 2012, 304 p. (in Russ.)

[86]. A.V. Korolyov, Investigation of shaping of the tool and workpiece surfaces in abrasive machining, Saratov, 1975, 189 p. (In Russ.)

[87]. Ioan D Marinescu et al., Tribology of abrasive machining processes, Brent Beckley, William Andrew, Inc. Cover Art, 2004, 764р.

[88]. S.M. Bratan, The technological basis for improving the quality and stability of high performance fine grinding: Doct. dis., Odessa, 2006, 323 p.

[89]. S. Bratan, S. Roshchupkin, P. Novikov - Modeling the Grinding Wheel Working Surface State - Procedia Engineering 206 (2017) 1419–1425

[90]. Andrey A. Polezhaev - Spirals, Their Types and Peculiarities - P.N. Lebedev Physical Institute, Russian Academy of Sciences, Leninskiy prosp. 53, 119991 Moscow, Russia

[91]. J. Havil, Nonplussed Mathematical Proof of Implausible Ideas (Princeton University, Princeton, 2007), p. 109

149

[92]. Dao-Yang Yu, Zhi Ding - Geometric characteristics analysis and parametric modeling for screw rotor precision machining - April 2020, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 107(9–12)

[93]. Yongqiang Zhao, Shengdun Zhao, Weifeng Wei, Hongling Hou - Precision grinding of screw rotors using CNC method - April 2017, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 89(9-12):1-13

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. Tran Dinh Hieu, Tran Ve Quoc, Do Dinh Luong, Trung-Kien Le - Study on influence of workpiece rotation speed, radial feed rate and grinding wheel speed on surface roughness when grinding Acsimet steel 38CrMo screw shafts - RCTEMME2021 Hanoi University of Science and Technology, Hanoi, Vietnam

2. ThS. Trần Đình Hiếu, PGS, TS. Trần Vệ Quốc, TS. Nguyễn Thanh Bình - Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của vận tốc đá và lượng chạy dao hướng trục đến lượng tiêu hao đá tương đối khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr – Tạp chí cơ khí Việt Nam – 2021

3. ThS. Trần Đình Hiếu, PGS, TS. Trần Vệ Quốc, TS. Đỗ Đình Lương - Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc quay phôi và lượng chạy dao hướng trục đến độ nhám bề mặt khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr - Tạp chí cơ khí Việt Nam – 2021

4. ThS. Trần Đình Hiếu, PGS, TS. Trần Vệ Quốc, TS. Đỗ Đình Lương - Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc quay phôi, vận tốc đá và lượng chạy dao hướng trục đến độ nhám bề mặt răng khi mài trục vít Acsimet thép 35CrMo - Tạp chí cơ khí Việt Nam – 2023

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá

NCS: Trần Đình Hiếu

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ MÀI TRỤC VÍT ACSIMET THÉP HỢP KIM ĐẾN NHÁM BỀ MẶT VÀ LƯỢNG TIÊU HAO ĐÁ

Mã ngành đào tạo: 9520103

NCS: Trần Đình Hiếu

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ MÀI TRỤC VÍT ACSIMET THÉP HỢP KIM ĐẾN NHÁM BỀ MẶT VÀ LƯỢNG TIÊU HAO ĐÁ

Mã ngành đào tạo: 9520103

{ ∂ X { ∂ X

{

Mat 3

}(2.44)

Có thể bạn quan tâm

Tài liêu mới

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi

Facebook

Youtube

TikTok

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá

NCS: Trần Đình Hiếu

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ MÀI TRỤC VÍT ACSIMET THÉP HỢP KIM ĐẾN NHÁM BỀ MẶT VÀ LƯỢNG TIÊU HAO ĐÁ

Mã ngành đào tạo: 9520103

NCS: Trần Đình Hiếu

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ MÀI TRỤC VÍT ACSIMET THÉP HỢP KIM ĐẾN NHÁM BỀ MẶT VÀ LƯỢNG TIÊU HAO ĐÁ

Mã ngành đào tạo: 9520103

{ ∂ X { ∂ X

{

Mat 3

}(2.44)

Có thể bạn quan tâm

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi

Facebook

Youtube

TikTok