BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN ANH TUẤN
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
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: 9520103
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Hà Nội – 2018
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Toàn Thắng
PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường
Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1. Lý do lựa chọn đề tài luận án
Mài là một trong những phương pháp gia công tinh chiếm một vị trí quan trọng trong gia công
cơ khí. Một trong những ưu điểm nổi bật của phương pháp gia công này là khả năng gia công được
những vật liệu có độ bền cơ học và độ cứng cao với độ chính xác và độ bóng bề mặt cao. Trong tổng
số các máy công cụ hiện đang sử dụng của ngành chế tạo máy nói chung thì máy mài chiếm tới 30%,
còn riêng trong ngành chế tạo ổ bi thì máy mài chiếm đến 60%. Đặc biệt mài định hình rãnh lăn tròn
xoay là một trong những nguyên công chính thường được áp dụng khi gia công chế tạo các chi tiết
vòng bạc ổ bi. Do đó, mài nói chung và mài định hình nói riêng là một trong những nguyên công
quan trọng nhất quyết định đến chất lượng sản phẩm.
Vì vậy, 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, mà chưa có nhiều những những nghiên cứu chuyên sâu đối với trường hợp mài định hình
rãnh tròn xoay. Trong khi mài định hình có những đặc điểm khác biệt so với các phương pháp mài
thông thường.
Khi thực hiện nguyên công mài định hình, do chiều dài tiếp xúc giữa đá mài và phôi lớn nên
lực cắt và nhiệt cắt sinh ra từ quá trình này lớn hơn nhiều so với các phương pháp mài thông thường.
Cùng với đó là lực ma sát rất lớn giữa đá mài với phôi, giữa phoi và đá mài nên đá mài khi mài định
hình bị mòn liên tục và không đều trên các tiết diện khác nhau làm cho hình dạng và độ chính xác
ban đầu của đá mài rất nhanh bị thay đổi, dẫn đến sai lệch của bề mặt gia công. Sau một khoảng thời
gian gia công nhất định, khi đá mài bị mòn quá một giới hạn cho phép thì cần thực hiện quá trình sửa
đá. Việc sửa đá này nhằm khôi phục khả năng cắt và khôi phục lại hình dạng ban đầu của đá mài.
Tuy nhiên, vấn đề quan trọng ở đây là cần xác định được thời điểm sửa đá hợp lý. Điều này sẽ quyết
định đến chất lượng bề mặt của chi tiết mài và tuổi bền của đá mài. Vì vậy, để nâng cao hiệu quả kinh
tế kỹ thuật của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay thì cần phải đo được lượng mòn của đá mài,
đánh giá được ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá và chất lượng bề mặt
của chi tiết mài, từ đó xác định chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý. Đây cũng chính
là lý do mà đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề
mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay” đã được tôi lựa chọn làm đề tài luận án của mình.
2. Mục đích, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu:
Mục đích của đề tài luận án: Xây dựng được bài toán tối ưu đa mục tiêu nhằm xác định được
chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý để đảm bảo năng suất và chất lượng bề mặt yêu
2
cầu của chi tiết mài, trong khi lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài được trong
một chu trình là lớn nhất.
Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của luận án là quá trình mài tinh định hình rãnh tròn xoay thực nghiệm
trên máy mài 3MK136B để mài rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208. Áp dụng hệ thống đo khí nén để đo
mòn đá nhằm phục vụ nghiên cứu xác định ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và
chất lượng bề mặt của chi tiết mài. Trên cơ sở đó, thực hiện xác định chế độ công nghệ tối ưu và thời
điểm sửa đá hợp lý khi mài tinh định hình rãnh tròn xoay.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở kế thừa kết quả nghiên cứu của các công trình đã công bố ở
trong nước và ngoài nước, kết hợp thực nghiệm kiểm chứng trên máy mài định hình công nghiệp để
mài rãnh lăn vòng trong ổ bi nhằm tối ưu hóa chế độ công nghệ để đạt được chất lượng bề mặt của
chi tiết và năng suất mài trong khi độ mòn đá là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài được trong một chu
trình là lớn nhất.
Phạm vi nghiên cứu
Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá
và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài
định hình đường lăn 3MK136B với loại đá mài có ký hiệu là 500x8x203WA100xLV60, vật liệu gia
công là thép ổ lăn SUJ2 có độ cứng sau khi nhiệt luyện bằng 60 ÷ 65 HRC.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
- Đề tài đã xây dựng được phương trình toán học đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công
nghệ quan trọng đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài tinh định hình rãnh lăn vòng
trong ổ bi. Từ đó, xây dựng và giải được bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu cho quá trình mài tinh định
hình rãnh lăn vòng trong ổ bi trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B để vừa đảm bảo năng suất
gia công và chất lượng bề mặt của chi tiết mài trong khi lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất, số chi tiết
mài được trong một chu trình mài là lớn nhất.
- Đề tài đã xây dựng được hệ thống đo khí nén với phần mềm thu nhận xử lý tín hiệu đo để
giám sát trực tuyến lượng mòn đá mài khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay trong điều kiện mài ướt
với độ phân giải 1µm trên cơ sở các điều kiện công nghệ gia công cơ khí trong nước. Hệ thống xác
định được trị số lượng mòn của đá mài tại hai vị trí khác nhau có chênh lệch mòn lớn nhất trên biên
dạng cung cong làm việc của đá mài định hình tròn xoay sau mỗi lần mài xong một chi tiết hoặc sau
mỗi lần sửa đá. Việc nghiên cứu ứng dụng thành công phương pháp đo này có ý nghĩa khoa học giúp
định hướng nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị đo chính xác trong nước.
Ý nghĩa thực tiễn
- Đưa ra được bộ thông số chế độ công nghệ tối ưu (lượng chạy dao hướng kính Shk, lượng dư
mài t, vận tốc của chi tiết Vct) và thời điểm sửa đá hợp lý (số chi tiết mài trong một chu trình Nct) để
3
góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi
6208 trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B, đang được áp dụng trong sản xuất.
- Thiết kế và chế tạo được một hệ thống đo khí nén để đo trực tuyến lượng mòn đá mài khi mài
định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trong điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm. Từ đó có thể
so sánh giá trị lượng mòn này với lượng mòn giới hạn cho phép để đưa ra tín hiệu cảnh báo sửa đá
hợp lý hoặc hướng đến bù tự động lượng mòn của đá mài góp phần điều khiển tối ưu hóa quá trình
mài rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208.
- Kết quả của luận án làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu, đào tạo và định hướng công nghệ
cho sản xuất.
4. Những đóng góp mới
- Xây dựng được các phương trình toán học thực nghiệm nhằm đánh giá ảnh hưởng của một số yếu
tố công nghệ (lượng chạy dao hướng kính Shk, lượng dư mài t, vận tốc của chi tiết Vct, số chi tiết mài
trong một chu trình Nct) đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn khi mài
tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208.
- Tối ưu hóa đa mục tiêu cho quá trình mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy
mài định hình đường lăn nhằm đảm bảo năng suất gia công, độ chính xác chi tiết mài trong khi lượng
mòn đá là nhỏ nhất, số chi tiết mài được trong một chu trình mài là lớn nhất trên cơ sở ứng dụng giải
thuật di truyền.
- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo được một hệ thống đo khí nén để đo trực tuyến lượng mòn đá
mài khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay trong điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm trên cơ sở các
điều kiện công nghệ gia công cơ khí tại Việt Nam. Xây dựng được đường đặc tính động của hệ đầu
đo khí nén trong quá trình mài định hình rãnh lăn tròn xoay để kiểm tra và đối chiếu kết quả đo, góp
phần đảm bảo độ chính xác của phép đo. Hệ thống xác định được lượng mòn của đá mài sau mỗi lần
sửa đá hoặc sau mỗi lần mài xong một chi tiết, giảm thiểu được ảnh hưởng tiêu cực của phoi mài và
dung dịch trơn nguội xuất hiện trong quá trình mài đến kết quả đo.
5. Bố cục của Luận án
Luận án được bố cục 4 chương, bao gồm
Chương 1: Tổng quan về mài định hình
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng
bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
Chương 3: Xây dựng hệ thống thí nghiệm
Chương 4: Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất
lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
