Tóm tắt 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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt 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" được nghiên cứu với mục tiêu: 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; 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.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt 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 ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ ------- *** ------- 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 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số: 9520103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội - 2023
Công trình được hoàn thành tại Viện nghiên cứu Cơ khí – Bộ Công Thương Người hướng dẫn khoa học 1: PGS. TS Trần Vệ Quốc Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Đỗ Đình Lương Phản biện 1: PGS. TS Lê Hồng Kỳ Phản biện 2: PGS. TS Phạm Văn Đông Phản biện 3: PGS. TS Hoàng Văn Gợt Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Viện Họp tại: Viện nghiên cứu cơ khí Số 4 – Đường Phạm Văn Đồng – Cầu Giấy – Hà Nội Vào hồi ….. giờ, Ngày ….. tháng ….. năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án tại các thư viện: Thư viện Quốc gia Việt Nam Thư viện Viện nghiên cứu Cơ khí Thư viện trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài. Trong công nghệ mài đã có nhiều công trình nghiên cứu và công bố về mài tròn trong, mài tròn ngoài, mài vô tâm và mài định hình nhưng mài trục vít Acsiet trên thép hợp kim là một nghiên cứu mới chưa có công trình công bố và thiết thực trong giảng dạy cũng như trong thực tiễn sản xuất. 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, phục vụ cho quá trình gia công chế tạo hiện nay và làm tài liệu giảng dạy cho ngành cơ khí. 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 về bộ truyền trục vít – bánh vít, tính chất, công dụng. Nghiên cứu yêu cầu kỹ thuật của trục vít để đảm bảo vận hành cho bộ truyền cũng như về kinh tế và tuổi thọ của nó. - 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, thiết bị đo kiểm từ đó xây dựng các bước tiến hành thí nghiệm. - Nghiên cứu thực nghiệm: 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 - Dùng 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. - Xây dựng phương pháp số để xác định biên dạng đá mài - 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 ứng dụng vào thực tế sản xuất, làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy, nghiên cứu, làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo: Xác định được chế độ cắt tối ưu khi mài trục vít thép hợp kim và lượng tiêu hao đá 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. - 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. - 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 kiểm tra 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. Tình hình nghiên cứu về trục vít trên thế giới 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. Năm 2010, Б.М. Бржозовский 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, Jing Wei và các cộng sự đã 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, Wu và các cộng sự đã xây dựng mô hình toán học cho các biên dạng đá CBN để gia công trục vít được phát triển dựa trên lý thuyết về sự ăn khớp. Năm 2012, Haiyue Yu và các cộng sự 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. - Năm 2015 Stosic và các cộng sự đã áp dụng đồ họa kỹ thuật số cho phương pháp quét (DGS) 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, … 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 1.2. 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 Nguyễn Thanh Tú 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 Nguyễn Anh Tuấn 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 báocảu tác giả Nguyễn Quốc Dũng và Bùi Lê Gôn 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 của Nguyen Huy Kien và các cộng sự 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 Các nghiên cứu về mài mặt phẳng, mài tròn trong, mài tròn ngoài … Nhưng chưa có nghiên cứu về mài trục vít Acsimet 1.3. Xác định nhiệm vụ nghiên cứu của luận án - Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ khi mài đến bề mặt chi tiết mài. - Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ khi mài đến lượng bóc tách kim loại khi mài. - 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 35CrMo; 38CrMo; 40Cr - Xác lập mối quan hệ giữa nhám bề mặt với chế độ cắt. - Xác lập mối quan hệ giữa lượng tiêu hao đá 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; 38CrMo; 40Cr bằng thực nghiệm vết tiếp xúc giữa trục vít và bánh vít - Áp dụng các kết quả vào thực tiễn. 1.4. 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:
1. 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. 2. 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. Xác định được ảnh hưởng của các thông số công nghệ của quá trình mài đến chất lượng bề mặt chi tiết mài cho phép 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. 3. 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 2.1.1. Đặc điểm của bộ truyền trục vít – bánh vít 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. 2.1.2. Chế tạo trục vít và bánh vít Độ chính xác của trục vít và bánh vít: Tiêu chuẩn Г OCT và TCVN chia truyền động trục vít - bánh vít (hay gọi tắt là truyền động bánh 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 Г OCT 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 Г OCT 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. 2.2. Kiểm tra độ chính xác gia công bằng độ tiếp xúc ăn khớp cho bộ truyền trục vít - bánh vít Vết tiếp xúc được kiểm tra bằng cách bôi lên bề mặt răng một lớp sơn rồi cho trục vít – bánh vít quay ăn khớp với nhau, sau đó dừng máy và xác định vị trí và diện tích của vết tiếp xúc. 2.3. Kiểm tra độ nhám bề mặt Sử dụng máy đo có một đầu dò đi kèm với bộ biến đổi vị trí được kéo di trượt trên bề mặt đá mài để nhận được các vết hình dạng Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý đo Hình 2.2. Sử dụng thiết bị đo Hình 2.3. Nguyên lý đo nhám bề theo biên dạng độ nhám bề mặt: mặt trục vít Acsimet 2.4. 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. 2.5. Xác định biên dạng đá để mài trục vít Acsimet 2.5.1. Cơ sở lý thuyết 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 2.4. Mô hình mài trục vít Acsimet
2. Xác định phương trình các mặt răng. + Gọi (1) là mặt răng khi mài thuận phải: - Phương trình của mặt ren này là: x=r cos φ { y =r sin φ z=( r−r f )tgα +aφ+ Với r f ≤ r ≤ r e ; φ=0 ÷ 6 ×2 π (6 vòng ren) B 2 (1) + Gọi (2) là mặt răngkhi mài thuận trái: - Phương trình của mặt ren này là x=r cos φ { y=r sin φ z=−( r−r f )tgα +aφ− Với r f ≤ r ≤ r e; φ=0 ÷ 6 ×2 π (6 vòng ren) B 2 (2) + 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 (3*) là Phương trình mặt phẳng cắt xuyên tâm dọc trục khi mài mặt ren phía bên phải: y=−z . tg - Gọi (3**) là Phương trình mặt phẳng cắt xuyên tâm dọc trục khi mài mặt ren phía bên trái: y=−z . tg m. z Ở đây: + là góc nghiêng của đường ren: tg= với m là modun của đường xoắn ren, z là số đầu D mối, D đường kính chia của trục vít. + α góc tiết diện ren (góc profin) ở đây α =20 ° π . m. z + a là hệ số a= 2π + 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 , D e : 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 (1) với mặt (3*); Khi mài mặt ren bên trái là giao tuyến của mặt (2) với mặt (3**) Đây là mục tiêu cần tìm : + Đối với ren xoắn trái cần làm như sau: - Gọi (4): Mặt ren bên phải có phương trình: x=r cos φ { y=r sin φ z=( r−r f )tgα−aφ+ - Gọi (5): Mặt ren bên trái có phương trình: B 2 (4 ) x=r cos φ { y=r sin φ z=−(r−r f )tgα −aφ− + Phương trình mặt phẳng cắt xuyên tâm dọc trục của đá: B 2 (5) - Gọi (6*) là Phương trình mặt phẳng cắt xuyên tâm dọc trục khi mài mặt ren bên phải: y=z . tg - Gọi (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. 2.5.2. 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 = r f - 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 do đó ∆ = 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. Sơ đồ thuật toán như sau: Mặt răng Acsimet có dạng: Hình 2.5. Biên dạng răng khi mài - Khi mài mặt ren phía bên phải: y=−z . tg có dạng: Mat 3 -1.5 -2 -2.5 -3 z -3.5 -4 -4.5 0.8 0.6 20 18 0.4 16 0.2 14 12 -ztg 0 10 r cosφ Hình 2.6. 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 2.7. Biên dạng đá mài Khi đó ta xác định được biêng dạng như sau: Theo phương pháp xác định tọa độ điểm của giao tuyến. Sử dụng matlap vẽ biên dạng như sau:
Hình 2.8. 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 2.9. Biên dạng 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 2.10. 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 2.6. Kết luận chương 2 1. Nghiên cứu và đề xuất được các loại đá để mài thép hợp kim và các loại thép khác. 2. 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. 3. Xây dựng được cơ sở đo độ nhám bề mặt, lượng tiêu hao đá và kiểm tra vết tiếp xúc sau tối ưu hoá. 4. 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 a. Phương pháp chế tạo trục vít - Chế tạo trục vít bằng phương pháp tiện: 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”. c. Trục vít Acsimet - Thép 35 CrMo: Có đặc điểm sau: Ứng dụng Thép 35 CrMo 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, … - Thép 38CrMo: Có đặc điểm tương tự thép 35CrMo - Thép 40Cr: + 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 - 920 0C, sau đó sục tại nhiệt độ này trong dầu. Để thép giảm tới nhiệt độ phòng Hình 3.4. Trục vít Acsimet Bánh vít Hình 3.5. Mặt cắt bản vẽ lắp bộ truyền trục vít - bánh vít 3.2. Phương pháp xác định vết tiếp xúc: Bảng tiêu chuẩn 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 ( 100%) B Theo chiều cao – tỷ số chiều cao trung bình của vết dính và chiều cao làm việc của răng:
htb ( 100%) hlv 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. 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. Được xác định là hiệu số khối lượng khi cân khối lượng đá trước khi mài và sau khi mài. n k td = td mtd 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). 3.5. Xây dựng quá trình thực nghiệm. 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 40 Cr, dựa vào công nghệ chế tạo chi tiết máy ta có sơ đồ khối quá trình thực nghiệm như trên hình 3.14. Hình 3.2. 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 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 3.4. Đá mài Hình 3.5. Máy tiện CNC Hình 3.3. Mẫu thí nghiệm MAZATROL T32-2 Hình 3.6. Máy mài trục vít Acsimet Hình 3.7. Đồng hồ so kiểm Hình 3.8. Biến tần điều chỉnh tra hành trình Hình 3.9. Quá trình đo độ nhám
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: 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 40 Cr. - 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. Quy trình chế tạo trục vít Acsimet Hình 3.10. Gia công trục vít Hình 3.11. Gia công bánh vít Hình 3.12. Mẫu dùng trong thí nghiệm Hình 3.13. kiểm tra vết tiếp xúc Hình 3.14. Quá trình mài trục vít 3.8. Kết luận chương 3 1. 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. 2. 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. 3. 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. 4. 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 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 phôi, n (v/ph); + Lượng chạy dao hướng trục, 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. 4.1. Mô hình và kế hoạch thí nghiệm 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 phôi n vòng/phút 2,8 4,2 5,6 Lượng chạy dao hướng trục S µm/hành trình 4 7 10 Vận tốc đá v m/s 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 4 rộng vùng khoảng khảo sát của các thông số được xác định theo công thức α =√ 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 (bản 4.2). Bảng 4.2. Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu Ký Giá trị tại các mức Thông số Đơn vị hiệu -α -1 0 1 +α Vận tốc quay n vòng/phút 1,845 2,8 42 5,6 6,554 Lượng chạy dao S µm/hành trình 1,955 4 7 10 12,045 Tốc độ chạy dao v m/s 20,636 22 24 26 27,364 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. Bảng 4.3. Ma trận thí nghiệm và giá trị của các yếu tố khi thí nghiệm TT. Quy luật Các biến thực nghiệm Ngẫu S v Các biến mã hóa Chuẩn n (vòng/phút) nhiên (µm/hành trình) (m/s) 1 14 2,8 4 22 -1 -1 -1 2 4 56 4 22 1 -1 -1 3 6 2,8 10 22 -1 1 -1 4 2 5,6 10 22 1 1 -1 5 11 2,8 4 26 -1 -1 1 6 16 5,6 4 26 1 -1 1 7 20 2,8 10 26 -1 1 1 8 5 5,6 10 26 1 1 1
TT. Quy luật Các biến thực nghiệm Ngẫu S v Các biến mã hóa Chuẩn n (vòng/phút) nhiên (µm/hành trình) (m/s) 9 19 1,845 7 24 -α 0 0 10 12 6,555 7 24 +α 0 0 11 17 4,2 1,955 24 0 -α 0 12 9 4,2 12,045 24 0 +α 0 13 8 4,2 7 20,636 0 0 -α 14 10 4,2 7 27,364 0 0 +α 15 18 4,2 7 24 0 0 0 16 15 4,2 7 24 0 0 0 17 1 4,2 7 24 0 0 0 18 3 4,2 7 24 0 0 0 19 7 4,2 7 24 0 0 0 20 13 4,2 7 24 0 0 0 4.2. Tối ưu hóa chế độ công nghệ mài trục Acsimet thép 35 CrMo và 40 Cr 4.2.1. Thép 35 CrMo 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 Kết quả tính toán sau khi Thông số thay đổi khi mài răng đo trên mẫu TT n S v Ra ktd (vòng/phút) (µm/hành trình) (m/s) (µm) 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 1,04 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 1,845 7 24 1,195 99,15 10 6,555 7 24 1,135 72,76 11 4,2 1,955 24 1,084 77,13 12 4,2 12,045 24 1,288 75,31 13 4,2 7 20,636 1,066 82,76 14 4,2 7 27,364 1,204 83,13 15 4,2 7 24 1,045 65,47 16 4,2 7 24 1,032 65,12 17 4,2 7 24 1,055 64,34 18 4,2 7 24 1,039 64,31 19 4,2 7 24 1,088 64,22 20 4,2 7 24 1,075 65,13 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 thông 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 thông 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 Bậc tự Tổng bình phương Trung bình bình Giá trị xác Giá trị thống Yếu tố do độ lệch phương suất kê (F-Value) (DF) (Seq SS) (Adj MS) (P-Value) 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 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 Độ tương thích 5 0,0074 0,0015 3,13 0,118 Hệ số tương quan: R2 = 97,38% Hình 4.1. Đồ thị ảnh hưởng Hình 4.2 Đồ thị ảnh hưởng bậc Hình 4.3. Đồ thị ảnh hưởng bậc nhất của các thông số hai của các thông số chế độ cắt chéo của các thông số chế độ chế độ cắt đến độ nhám khi đến độ nhám khi mài trục vít cắt đến độ nhám khi mài trục mài trục vít Acsimet Acsimet vít Acsimet 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∗S và S∗v lớn hơn 0,05, như vậy chúng ít ảnh hưởng đến chỉ tiêu Ra; còn giá trị P của S , n2 , S2 , v 2 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 trình, mức độ tăng Ra rất nhỏ, còn khi 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 thông 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 nhám Ra theo các thông số công nghệ (n , S , v ) như phương trình (4.1): 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 , 005 (4.1) Phương trình (4.1) có hệ số xác định R 2 = 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 R a (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 ảnh hưởng của từng cặp thông số đến độ nhám R a trình bày trên các hình 4.5 - 4.7. Hình 4.4. Biểu đồ ảnh Hình 4.5. Đồ thị 3D Hình 4.6. Đồ thị 3D Hình 4.7. Đồ thị 3D hưởng của các thông số chế biểu diễn ảnh hưởng biểu diễn ảnh hưởng biểu diễn ảnh hưởng độ cắt đến độ nhám Ra. của các thông số n, S của các thông số n, v của các thông số S, v tới độ nhám Ra tới độ nhám Ra tới độ nhám Ra 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 Hình 4.9. Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu Ra. độ nhám Ra. 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 35 CrMo. 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). 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). Bảng 4.6. Giá trị tối ưu hóa các thông số chế độ cắt và giá trị hàm mục tiêu Ra. Giá trị thông số chế độ cắt tối ưu Giá trị tối ưu của độ nhám Ra n S v (µm) (vòng/phút) ( µm/hành trình) (m/s) 4,412 4,727 23,495 1,025 4.2.1.3. Sự ảnh hưởng của các thông số mài răng đến lượng tiêu hao đá a. Khái niệm lượng tiêu hao đá tương đối 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:
n td k td = mtd 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. 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 35 CrMo. - Các thông số đầu vào Vận tốc quay phôi n (Vòng/phút): Biến thiên trong khoảng từ 2,8 – 5,6 vòng/phút. Vận tốc đá v (m/s): Biến thiên trong khoảng từ 22 – 26 m/s. Lượng chạy dao hướng trục S (µm/hành trình): Biến thiên trong khoảng từ 4 – 10 µm/hành trình 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 k td được thống kê và trình bày trong (bảng 4.7). Đồ thị phản ánh mức độ ảnh hưởng của bậc 1 của các thống số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá ktd như hình 4.10, ảnh hưởng bậc 2 của các thống số chế độ cắt đến k td như hình 4.11, ảnh hưởng chéo của các thống số chế độ cắt đến ktd Bảng 4.7. Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu Ra Bậc tự Tổng bình phương Giá trị xác Trung bình bình Giá trị thống Yếu tố do độ lệch suất phương (Adj MS) kê (F-Value) (DF) (Seq SS) (P-Value) Mô hình 9 2534,13 281,57 635,68 0 bậc 1 3 928 309,332 698,36 0 n 1 927,6 927,598 2094, 18 0 S 1 0,4 0,398 0,9 0,366 V 1 0 0, 001 0 0,966 Bậc 2 3 1391,16 463,721 1046,91 0 n*n 1 807,7 807,697 1823,48 0 S*S 1 235,75 235,746 532,23 0 V*V 1 594,39 594,388 1341,91 0 Tác động chéo 3 214,97 71,658 161,78 0 n*S 1 0,03 0,033 0,07 0,792 n*V 1 169 169,004 381,55 0 S*V 1 45,94 45,936 103,71 0 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% Hình 4.10. Đồ thị ảnh hưởng bậc Hình 4.11. Đồ thị ảnh hưởng Hình 4.12. Đồ thị ảnh
nhất của các thông số chế độ cắt bậc hai của các thông số chế hưởng chéo của các thông đến lượng tiêu hao đá khi mài độ cắt đến lượng tiêu hao đá số chế độ cắt đến lượng tiêu trục vít Acsimet khi mài trục vít Acsimet hao đá khi mài trục vít Acsimet 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 , v và 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 , v 2 , S∗v và n∗v nhỏ hơn 0,05, như vậy chúng ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu ktd. Trong đó, yếu tố n (tốc độ quay) ảnh hưởng mạnh nhất đến lượng tiêu hao đá ktd, 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 k td 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, k td giảm, còn khi S tăng trong khoảng từ 7 đến 10 µm/hành trình k td 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 thông 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 k td với mong muốn ktd càng nhỏ càng tốt. 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): 2 2 2 k td =1005 , 4+1 , 53 n−15 , 87 S−72, 97 V +3 , 82 n +0 , 45 S +1 ,605 v −0 , 015 n . S−1 ,6415 n . v +0 , 399 S . v (4.2) Phương trình (4.2) có hệ số xác định R 2 = 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 k td (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 4.13 và đồ thị 3D ảnh hưởng của từng cặp thông số đến lượng tiêu hao đá k td trình bày trên các hình 4.14 - 4.17. Hình 4.13. Biểu đồ ảnh Hình 4.14. Đồ thị 3D Hình 4.15. Đồ thị 3D Hình 4.16. Đồ thị 3D hưởng của các thông số biểu diễn ảnh hưởng biểu diễn ảnh hưởng biểu diễn ảnh hưởng chế độ cắt đến lượng của các thông số n, S của các thông số n,v của các thông số S, v tiêu hao đá. tới lượng hao đá tới lượng hao đá tới lượng hao đá 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 35 CrMo, kết quả so sánh giữa lượng tiêu hao đá với kết quả đo thực nghiệm được mô tả trong biểu đồ (hình 4.18). Hình 4.17. Biểu đồ so sánh kết quả dự Hình 4.18. Đồ thị tối ưu hóa hàm đoán với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu . mục tiêu lượng tiêu hao đá. Kết quả so sánh chỉ ra rằng, lượng tiêu hao đá khi tính từ mô hình dự đoán 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 35 CrMo.
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. Từ kết quả đạt được trong (hình 4.17), 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. Giá trị thông số chế độ cắt tối ưu Giá trị tối ưu của lượng tiêu hao n S v đá ktd (vòng/phút) (µm/hành trình) (m/s) 5,063 6,848 24,465 62,21 4.2.2. Thép 38CrMo 4.2.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến nhám bề mặt khi mài trục vít acsmet khi mài thép 38CrMo Bảng 4.9: Kết quả đo thực nghiệm trên thép 38CrMo S (Lượng chạy dao n (Vận tốc quay phôi) v (Vận tốc đá) TT hướng trục) 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 20 4.0 7 24 1,075 65,13 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 Giá trị Ra tối ưu nhỏ nhất có thể đạt được từ hàm hồi quy xây dựng được sẽ là R amin = 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).