Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số chế độ cắt và đặc trưng của đá mài đến chất lượng bề mặt chi tiết khi mài hớt lưng

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

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số chế độ cắt và đặc trưng của đá mài đến chất lượng bề mặt chi tiết khi mài hớt lưng" nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đặc trưng của đá mài, thông số chế độ cắt đến chất lượng bề mặt khi mài hớt lưng răng dao phay BRCC hệ Gleason.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số chế độ cắt và đặc trưng của đá mài đến chất lượng bề mặt chi tiết khi mài hớt lưng

i BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ---------o0o--------- NGUYỄN HUY KIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CẮT VÀ ĐẶC TRƯNG CỦA ĐÁ MÀI ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI HỚT LƯNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9.52.01.03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2023
ii Công trình được hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – BỘ CÔNG THƯƠNG Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Phạm Văn Đông 2. PGS.TS. Trần Vệ Quốc Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường và họp tại Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội vào hồi … giờ, ngày … tháng … năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội. - Thư viện Quốc gia Việt Nam.
1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Mặt cong có đường chuẩn Acsimet (gọi tắt là mặt cong Acsimet) có ý nghĩa quan trọng và được ứng dụng phổ biến trong ngành chế tạo cơ khí, đặc biệt là trong chế tạo dụng cụ cắt, như các loại dao phay lăn răng, dao phay bánh răng côn cong (BRCC). Việc chế tạo dụng cụ cắt BRCC đảm bảo độ chính xác là yêu cầu cấp thiết, trong đó chế tạo mặt sau (dạng mặt acsimet) của răng dao đảm bảo chất lượng là yêu cầu quan trọng góp phần đảm bảo độ chính xác về góc độ dao, chất lượng lưỡi cắt chính,… từ đó góp phần đảm bảo chất lượng của bề mặt sườn răng khi sử dụng dụng cụ cắt để gia công BRCC. Đối với dao gia công BRCC mặt trước và mặt sau đòi hỏi yêu cầu rất cao về chất lượng bề mặt như nhám, độ cứng, chiều dày lớp độ cứng bề mặt, profin mặt hớt lưng,… vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lưỡi cắt chính, profin răng, nhám sườn răng,… của BRCC sau khi gia công; ảnh hưởng đến tính mòn, tuổi bền của dụng cụ cắt,... Để đảm bảo giá trị nhám bề mặt nhỏ, độ chính xác cao, đáp ứng được yêu cầu độ cứng lớp bề mặt, phương pháp mài hớt lưng mặt sau của răng dao phay BRCC là phương pháp có nhiều ưu điểm và được sử dụng rộng rãi hiện nay. Quá trình mài dụng cụ cắt, đặc biệt mài tinh bề mặt hớt lưng Acsimet dao gia công BRCC hệ Gleason là quá trình phức tạp, nhưng có ý nghĩa quan trọng. Trong quá trình mài có nhiều thông số như vật liệu làm dụng cụ cắt, chế độ cắt, chế độ trơn nguội, đặc trưng của đá mài, chế độ sửa đá,… ảnh hưởng đến chất lượng nhám bề mặt, mức độ thay đổi độ cứng, chiều dày lớp thay đổi độ cứng,… cần được nghiên cứu. Tuy nhiên, chưa có nhiều công bố khoa học về chỉ tiêu, chế độ công nghệ, phương pháp gia công nâng cao chất lượng hay khảo sát ảnh hưởng của đặc trưng đá, chế độ cắt đến nhám bề mặt (Ra) và mức độ thay đổi độ cứng (H) cũng như chiều dày lớp thay đổi độ cứng (L) khi mài hớt lưng mặt cong acsimet của dụng cụ cắt BRCC. Những năm gần đây, công nghệ chế tạo dụng cụ cắt tại Việt Nam đã có những bước phát triển mới, một số cơ sở nghiên cứu, sản xuất đã đầu tư nghiên cứu chế tạo các loại dụng cụ cắt, đặc biệt là chế tạo dụng cụ gia công BRCC, như Đại học Bách Khoa Hà Nội, Công ty Cổ phần Dụng cụ cắt số 1, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội,… Tuy nhiên, đối với công nghệ chế tạo dụng cụ gia công BRCC mới dừng lại ở bước đầu, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt dụng cụ cắt, đặc biệt là mài các bề mặt hớt lưng Acsimet còn rất nhiều hạn chế. Bởi vậy, đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số chế độ cắt và đặc trưng của đá mài đến chất lượng bề mặt chi tiết khi mài hớt lưng” là đề tài có ý nghĩa, đáp ứng được yêu cầu thực tiễn hiện nay tại Việt Nam. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đặc trưng của đá mài, thông số chế độ cắt đến chất lượng bề mặt khi mài hớt lưng răng dao phay BRCC hệ Gleason. 2.2. Mục tiêu cụ thể - Xây dựng được mô hình và hoàn thiện trang thiết bị phục vụ nghiên cứu mài hớt lưng răng dao phay BRCC từ trang thiết bị hiện có tại Việt Nam. - Xác định được mức độ ảnh hưởng của một số thông số đặc trưng của đá mài (độ hạt G và độ cứng Hđ), thông số chế độ cắt (vận tốc cắt của đá mài Vđ, bước tiến vòng của phôi/vận tốc chi tiết được mài – gọi tắt là bước tiến S) đến chất lượng bề
2 mặt mài hớt lưng răng dao bao gồm: Ra, H, L. - Xây dựng được mối quan hệ toán học giữa các thông số G, Hđ, Vđ, S đối với Ra, H, L. - Xác định được giá trị tối ưu của một số thông số chế độ cắt, thông số đá mài (G, Hđ, Vđ, S) nhằm đảm bảo chất lượng bề mặt theo đơn và đa mục tiêu về Ra, H, L khi mài hớt lưng mặt cong Acsimet. 3. Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu mối quan hệ của một số thông số đặc trưng của đá mài (G, Hđ), thông số chế độ cắt (Vđ, S) đến chất lượng bề mặt (Ra, H, L) khi mài hớt lưng mặt sau răng dao phay BRCC hệ Gleason loại 9 inch chế tạo bằng vật liệu P18. 4. Phạm vi nghiên cứu Căn cứ vào điều kiện thực tế về cơ sở vật chất, trang thiết bị phục vụ nghiên cứu, tác giả lựa chọn giới hạn phạm vi nghiên cứu như sau: - Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đá mài (G, Hđ), thông số chế độ cắt (Vđ, S) đến chất lượng bề mặt (Ra, H, L) khi mài hớt lưng mặt sau răng dao phay BRCC hệ Gleason loại 9 inch chế tạo bằng thép P18. - Thực nghiệm trên máy 1Б811 do Nga (Liên Xô cũ) sản xuất, sử dụng đá mài do Công ty CP Đá mài Hải Dương sản xuất, với vật liệu hạt mài là Corindon trắng, xét quá trình mài tinh và không tưới nguội (mài khô). 5. Nội dung nghiên cứu Để thực hiện được mục tiêu nghiên cứu đề ra, đề tài luận án tập trung thực hiện các nội dung chính sau đây: - Nghiên cứu tổng quan về mặt cong Acsimet và chất lượng bề mặt khi mài. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về dao phay hớt lưng, quá trình mài và phương pháp quy hoạch thực nghiệm, tối ưu hóa. - Xây dựng hệ thống thực nghiệm mài hớt lưng mặt cong Acsimet. - Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đặc trưng của đá mài (G, Hđ) và chế độ cắt (Vđ, S) đến chất lượng bề mặt (Ra, H, L) khi mài hớt lưng mặt sau răng dao phay BRCC (mặt cong Acsimet). - Nghiên cứu giải bài toán tối ưu đơn và đa mục tiêu nhằm lựa chọn đá mài và thông số chế độ cắt phù hợp đáp ứng yêu cầu về chất lượng bề mặt gia công khi mài mặt cong Acsimet. 6. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện được các nội dung nghiên cứu, đề tài luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan về mặt cong Acsimet, chất lượng bề mặt khi mài, phân tích những vấn đề cấp thiết cần tiếp tục nghiên cứu, từ đó xác định hướng nghiên cứu của luận án; nghiên cứu cơ sở lý thuyết về dao phay hớt lưng, quá trình mài, phương pháp quy hoạch và xử lý số liệu thực nghiệm, các phương pháp giải bài toán tối ưu làm cơ sở cho việc giải các bài toán trong nội dung nghiên cứu của đề tài luận án. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Bằng nghiên cứu thực nghiệm, xác định Ra, H và L mặt sau răng dao phay BRCC hệ Gleason sau khi mài hớt lưng với thông số đá mài và thông số chế độ cắt đã lựa chọn. Sử dụng phương pháp quy hoạch
3 thực nghiệm với sự hỗ trợ của phần mềm Minitab xây dựng mối quan hệ toán học và đánh giá mức độ ảnh hưởng giữa các thông số đầu vào G, Hđ, Vđ, S với thông số đầu ra Ra, H, L. Ứng dụng một số phương phát tối ưu đơn mục tiêu và đa mục tiêu để xác định bộ thông số công nghệ hợp lý nhằm đảm bảo hài hòa giữa các thông số đầu vào G, Hđ, Vđ, S đáp ứng yêu cầu về chất lượng bề mặt Ra, H, L sau khi mài hớt lưng. 7. Ý nghĩa của đề tài luận án 7.1. Ý nghĩa khoa học - Xác định được mô hình nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá chất lượng bề mặt (với chỉ tiêu đánh giá Ra, H, L) khi mài hớt lưng mặt sau răng dao phay BRCC hệ Gleason trên máy gia công hớt lưng 1Б811. - Bằng kết quả nghiên cứu thực nghiệm xây dựng được mô hình toán học và đánh giá ảnh hưởng của một số thông số đặc trưng của đá mài (G, Hđ) và chế độ cắt (Vđ, S) đến Ra, H và L mặt sau răng dao phay BRCC sau khi mài hớt lưng. - Xác định được thông số tối ưu (Hđ, G, Vđ và S) nhằm đáp ứng yêu cầu đơn và đa mục tiêu về Ra, H và L ứng dụng vào thực tế mài mặt sau Acsimet răng dao BRCC hệ Gleason nhằm đáp ứng yêu cầu chất lượng bề mặt sau khi mài hớt lưng. 7.2. Ý nghĩa thực tiễn - Mở rộng khả năng điều chỉnh của máy gia công hớt lưng 1Б811, làm chủ công nghệ khi mài hớt lưng mặt cong Acsimet, ứng dụng vào việc mài răng dao cắt tinh phục vụ chế tạo dụng cụ gia công BRCC hệ Gleason phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam, tiết kiệm chi phí và ngoại tệ khi nhập ngoại. - Sử dụng bộ thông số công nghệ tối ưu vào thực tế mài hớt lưng để nâng cao chất lượng mặt sau răng dao cắt tinh BRCC hệ Gleason. - Kết quả nghiên cứu của luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo để phục vụ đào tạo, nghiên cứu và phục vụ sản xuất tại các doanh nghiệp. 8. Những đóng góp mới của luận án - Mở rộng khả năng điều chỉnh thông số chế độ cắt của máy gia công hớt lưng 1Б811, làm chủ công nghệ khi mài hớt lưng mặt sau (mặt cong Acsimet) răng dao phay BRCC hệ Gleason phù hợp với điều kiện tại Việt Nam. - Xác định được mức độ ảnh hưởng của một số thông số G, Hđ, Vđ, S đến chất lượng bề mặt Ra, H, L sau khi mài hớt lưng mặt sau răng dao phay BRCC hệ Gleason loại 9 inch chế tạo bằng vật liệu P18. - Xây dựng được biểu thức toán học thể hiện mối quan hệ giữa Ra, H và L với một số thông số đầu vào G, Hđ, Vđ, S. - Xác định được thông số tối ưu G, Hđ, Vđ và S để đảm bảo giá trị Ra, H và L theo yêu cầu. 9. Bố cục của luận án Ngoài các Phần mở đầu, kết luận, hướng nghiên cứu tiếp theo nội dung nghiên cứu chính được trình bày trong luận án gồm 4 chương: - Chương 1: Tổng quan về mặt cong Acsimet và chất lượng bề mặt khi mài - Chương 2: Cơ sở lý thuyết về dao phay hớt lưng, quá trình mài - phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa - Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm mài hớt lưng mặt sau răng dao phay BRCC hệ Gleason. - Chương 4: Đánh giá ảnh hưởng của một số thông số công nghệ, đá mài đến chất lượng bề mặt và Tối ưu hóa thông số khi mài hớt lưng.
4 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẶT CONG ACSIMET VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI MÀI Chương 1, tập trung nghiên cứu tổng quan về mặt cong Acsimet, tổng quan về mài và mài mặt cong với các nội dung chính như sau: - Tổng quan về mặt cong Acsimet: Đường cong Acsimet; Mặt cong Acsimet: Các dạng mặt cong Acsimet, Ứng dụng của mặt cong Acsimet trong dụng cụ cắt, phương pháp và dụng cụ gia công mặt cong Acsimet. - Nghiên cứu về mài và mài mặt cong: Các phương pháp mài, nghiên cứu trong và ngoài nước về mài (mài phẳng, mài tròn, mài định hình). - Xây dựng sơ đồ nguyên lý mài hớt lưng mặt sau răng phay BRCC hệ Gleason trên máy 1Б811 hình 1.14. Hình 1.14. Sơ đồ nguyên lý mài hớt lưng - Nghiên cứu tổng quan về chất mặt sau răng dao phay BRCC lượng bề mặt khi mài: Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ và đá mài đến Ra, H và L bề mặt khi mài. Kết luận Chương 1: 1. Mặt cong Acsimet có vai trò quan trọng trong chế tạo các loại dao phay hớt lưng; Mặt cong Acsimet có thể gia công bằng phương pháp: Tiện hớt lưng, gia công bằng tia lửa điện, gia công trên trung tâm CNC hay mài hớt lưng trên máy chuyên dùng. Trong đó, mài hớt lưng là phương pháp gia công tinh được lựa chọn do đảm bảo được độ chính xác về hình dáng hình học và chất lượng bề mặt. 2. Mài là phương pháp gia công tinh, độ chính xác cao, được sử dụng nhiều trong chế tạo dụng cụ cắt. Mài thông dụng trong chế tạo máy gồm: Mài tròn ngoài, mài tròn trong, mài phẳng, mài định hình,… Trong đó mài phẳng, mài tròn đã có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước công bố; mài định hình, đặc biệt là mài hớt lưng mặt cong Acsimet trong chế tạo dụng cụ cắt còn rất hạn chế, một số công bố chủ yếu về mài hớt lưng dao phay lăn răng nên cần được nghiên cứu. 3. Trong quá trình mài có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt, trong đó chế độ cắt, thông số đá mài ảnh hưởng nhiều. Đặc biệt độ cứng đá mài (Hđ), độ hạt của đá mài (G), vận tốc cắt (Vđ) và bước tiến (S) khi mài ảnh hưởng lớn đến nhám (Ra), mức độ thay đổi độ cứng bề mặt (H) và chiều dày lớp thay đổi độ cứng (L). Tuy nhiên mức độ và xu hướng ảnh hưởng ở mỗi trường hợp cụ thể là khác nhau, đối với mài hớt lưng cần nghiên cứu cụ thể trong từng trường hợp. 4. Mài hớt lưng có nhiều điểm tương đồng với mài tròn ngoài; việc nghiên cứu ảnh hưởng của đặc trưng đá mài (G, Hđ) và một số thông số chế độ cắt (Vđ, S) đến chất lượng bề mặt (Ra, H và L) khi mài hớt lưng mặt sau răng dao phay BRCC hệ Gleason trên máy 1Б811 là phù hợp với nhu cầu và điều kiện thực tế hiện nay tại Việt Nam. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DAO PHAY HỚT LƯNG, QUÁ TRÌNH MÀI, PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM VÀ TỐI ƯU HÓA 2.1. Dao phay hớt lưng Dao phay hớt lưng được dùng khá phổ biến trong gia công và chủ yếu dùng trong gia công các chi tiết có profin định hình, đặc biệt là trong gia công bánh răng. Dao phay hớt lưng chia ra làm 2 nhóm: Dao phay hớt lưng có profin không mài và dao
5 phay hớt lưng có profin mài. Trong đó dao phay bánh răng côn gồm các loại: dao phay bánh răng côn hệ Spiroid, dao phay bánh răng côn hệ Paloid, dao phay bánh răng côn hệ Cycloid, dao phay BRCC hệ Gleason. * Đặc điểm về kết cấu của dao phay hớt lưng: Mặt sau là mặt cong hớt lưng, profin và góc sau của dao gần như không đổi sau mỗi lần mài sắc lại, bởi vậy mặt hớt lưng được sử dụng rộng rãi để chế tạo dao cắt khi phay các bề mặt định hình, profin không đổi và đồng nhất của chi tiết gia công trong quá trình sử dụng. Trước khi đưa dao phay hớt lưng vào sử dụng, mặt trước và mặt sau được mài sắc, mặt sau mài theo đường cong hớt lưng chuẩn sau khi vật liệu làm phần cắt đã nhiệt luyện đạt độ cứng. Quá trình sử dụng dao để gia công BRCC, lưỡi cắt chính của răng dao tiếp tuyến với profin răng bánh răng, nếu chất lượng lưỡi cắt chính không tốt (không thẳng, răng cưa,…) sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mặt sườn răng BRCC sau khi gia công. * Đường cong hớt lưng của răng dao phay: Đường cong hớt lưng của răng dao phay chủ yếu dùng đường cong Acsimet do dễ chế tạo mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về profin hay góc độ dao. Đường cong hớt lưng đảm bảo góc sau của răng dao có các chỉ số đáp ứng được yêu cầu cho quá trình cắt, đặc biệt góc sau chính không đổi sau mỗi lần mài sắc lại, phương diện này mặt cong Acsimet hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu. * Dao phay BRCC: BRCC được chế tạo theo ba dạng chính: Bánh răng có răng xoắn cung tròn (hệ Gleason); răng xoắn theo đường thân khai kéo dài (hệ Klingelnberg); răng xoắn theo đường Epicycloit kéo dài (hệ Oerlicon). Trong đó bánh răng răng xoắn dạng cung tròn là thông dụng. Để chế tạo được bánh răng cần có các loại dao gia công BRCC tương ứng. Mài sắc răng dao của dao phay BRCC cần đảm bảo độ chính xác profin, góc độ dao và chất lượng bề mặt của răng dao. Sơ đồ mài sắc thể hiện trên các hình 2.8 đến 2.11. Hình 2.8. Sơ đồ mài sắc lưỡi cắt, Hình 2.9. Sơ đồ mài sắc lưỡi cắt sửa profin răng Hình 2.10. Sơ đồ tạo bề mặt hớt lưng Hình 2.11. Sơ đồ mài dao gia công BRCC dao gia công BRCC Gleason Gleason
6 Trên cơ sở phân tích mối tương qua giữa mài hớt lưng với mài tròn ngoài, kết hợp với sơ đồ nguyên lý tiện hớt lưng xây dựng sơ đồ nguyên lý (hình 1.14) và mô hình mài hớt lưng mặt sau răng dao phay BRCC hệ Gleason trên máy gia Hình 2.12. Mô hình mài hớt lưng mặt sau răng dao phay công hớt lưng 1Б811 BRCC hệ Gleason trên máy 1Б811 thuộc phương pháp mài hớt lưng hướng xiên (nghiêng) như hình 2.12. Nguyên lý: Trục chính (1) nhận chuyển động quay từ động cơ (11) thông qua hộp tốc độ; đồ gá mài (2) lắp trên trục chính, răng dao (3) lắp trên đồ gá (2); đá mài (10) lắp trên trục mài (9), trục mài lắp trên đầu mài (8) có khả năng điều chỉnh góc độ của trục mài so với trục chính (1); trục mài nhận chuyển động từ động cơ mài (4) thông qua bộ truyền đai, bộ điều khiển và giám sát tốc độ (5) điều khiển tốc độ động cơ mài (4) và giám sát tốc độ quay của trục mài (9); cụm đầu mài được lắp trên bàn trượt ngang (7), bàn trượt ngang chuyển động tịnh tiến vuông góc với trục chính nhờ cơ cấu cam được dẫn động từ trục chính (1) với các tốc độ khác nhau tùy thuộc vào số lượng răng dao. Cơ cấu cam được thiết kế theo thông số mặt sau acsimet của răng dao, mỗi 1 vòng quay của cam sẽ mài 1 răng dao. * Quá trình mài hớt lưng có một số đặc điểm khác biệt so với mài thông thường: - Mỗi vòng cam thực hiện mài 1 răng dao, với 01 hành trình kép đá tiến vào để thực hiện mài theo biên dạng bề mặt và đá lùi ra để không bị cắt lẹm vào răng dao kế tiếp. Vận tốc của chi tiết (phôi) đóng vai trò là bước tiến. Tốc độ tiến ngang của đá theo tốc độ quay của cam. - Trục đá mài có cấu tạo và lắp ráp dạng công xôn nên độ cứng vững không cao, điều đó dẫn đến nhám bề mặt khi mài hớt lưng thường lớn hơn mài phẳng, mài tròn. - Đường kính đá thường nhỏ hơn mài phẳng, mài tròn để tránh bị cắt lẹm vào răng kế tiếp trong quá trình mài, tốc độ động cơ đá mài thường nhỏ do đó vận tốc cắt của đá thấp, để tăng vận tốc đá mài và điều khiển với nhiều mức độ khác nhau cần trang bị thêm bộ điều khiển và giám sát tốc độ (sử dụng biến tần và Encoder). - Mài hớt lưng là quá trình mài gián đoạn, đá mài chuyển động ra vào liên tục, mài với chiều sâu cắt rất nhỏ (0,002÷0,005 mm), ổn định, mài nhiều lần và không thay đổi trong quá trình mài. 2.2. Cơ sở lý thuyết quá trình mài Gia công mài là quá trình gia công vật liệu bằng cách tách những mảnh vật liệu rất nhỏ ra khỏi bề mặt vật thể bằng dụng cụ mài (đá mài, bột mài, vật nhám,…). Sau gia công mài, nhám bề mặt chi tiết thường đạt Ra = 1,25 ÷ 0,32 μm, trường hợp đặc biệt đạt Ra = 0,012µm; độ chính xác kích thước đạt đến 0,002 mm. Có thể gia công được vật liệu có độ bền và độ cứng cao. * Biến đổi cấu trúc lớp bề mặt: Trong quá trình mài, 60%÷84% công được biến thành nhiệt, chỉ khoảng 20% năng lượng làm biến dạng mạng tinh thể. Một số dạng biến đổi cấu trúc bề mặt thường xảy ra trong quá trình mài: Biến dạng dẻo khi mài, ứng suất dư lớp bề mặt. Việc chọn chế độ cắt, thông số đá mài hợp lý sẽ tạo ra một lớp bề mặt có chất lượng nhám tốt, có ứng suất dư nén, đảm bảo được độ cứng,... giúp làm tăng tuổi thọ của chi tiết gia công. * Đá mài: Đá mài là loại dụng cụ cắt được chế tạo từ vật liệu dạng hạt gọi là hạt mài, liên kết với nhau thành một thể nguyên khối bằng chất kết dính và chất phụ gia tạo lỗ xốp.
7 - Vật liệu hạt mài: Hạt mài được chế tạo từ các loại vật liệu như kim cương, cacbit Silic (SiC), Oxit nhôm (Al2O3), cacbit bo (B4C), ... - Vật liệu chất dính kết: Chất kết dính giúp các hạt mài liên kết với nhau để tạo hình dáng và kích thước của đá mài. Hiện nay chất kết dính được dùng phổ biến nhất là hai loại: Vô cơ (Keramic) và hữu cơ (Bakelit và Vunkahit). - Độ hạt của đá mài: Độ hạt của đá mài được biểu thị bằng số lỗ có trên một tấc vuông anh của sàng phân loại hạt mài. Tính năng cắt của đá mài phụ thuộc vào kích thước của hạt hay độ hạt. Khi mài thô, dùng hạt mài có kích thước lớn, khi mài tinh dùng hạt mài có kích thước nhỏ. Khi gia công vật liệu mềm và dẻo nên dùng độ hạt nhỏ để giảm hiện tượng bết phoi vào bề mặt đá mài. Hạt mài được sản suất theo các kích cỡ hạt khác nhau (từ 5µm đến 3200µm) - Độ cứng của đá mài: Độ cứng của đá mài là khả năng chống lại sự tróc ra của hạt mài, trong thời gian làm việc. Đá mài gọi là mềm khi hạt mài dễ tróc ra và đá mài cứng khi hạt mài khó tróc hơn. Khi mài vật liệu cứng chọn đá mài mềm, vật liệu gia công mềm cần chọn đá mài có độ cứng cao. 2.3. Thông số đặc trưng cho chất lượng bề mặt khi mài * Chất lượng bề mặt chi tiết gia công: Là tập hợp nhiều tính chất quan trọng của lớp bề mặt như: Hình dáng lớp bề mặt (gồm nhám và độ sóng bề mặt); Trạng thái và tính chất cơ lý lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu lớp biến cứng, ứng suất dư,...); Phản ứng của bề mặt với môi trường làm việc. - Chất lượng bề mặt chi tiết gia công phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và điều kiện gia công như: Vật liệu, phương pháp gia công, tình trạng máy, dụng cụ cắt, chế độ cắt, lực cắt, nhiệt cắt,... Trong đó chế độ cắt và dụng cụ cắt có ảnh hưởng lớn là thông số dễ lựa chọn và thay đổi. - Phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt gia công: Phương pháp đạt nhám bề mặt, đạt độ cứng bề mặt theo yêu cầu (mức độ và chiều sâu lớp thay đổi độ cứng) bằng cách chọn thông số đá mài và chế độ cắt hợp lý. * Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt: Đánh giá nhám bề mặt bằng các phương pháp đo quang học hay đo trực tiếp và so sánh; Đánh giá độ cứng bằng thiết bị đo độ cứng và chiều sâu lớp thay đổi độ cứng bằng kính hiển vi điện tử,... 2.4. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm * Cơ sở lựa chọn dạng quy hoạch thực nghiệm: Để thiết kế quá trình thí nghiệm một cách khoa học, đảm bảo tính hiệu quả thì cần phải sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN). Có nhiều phương pháp QHTN, mỗi phương pháp phù hợp với điều kiện gia công và giá trị thông số thí nghiệm cụ thể. Đề tài luận án phù hợp với quy hoạch theo Taguchi do không những giải quyết được vấn đề thứ nguyên của các thông số đầu vào khác nhau mà còn hạn chế được số lượng thí nghiệm và vẫn có thể cho ra kết quả đảm bảo độ chính xác và tin cậy. * Phương pháp phân tích số liệu thực nghiệm: Để phân tích và xử lý, quy hoạch số liệu thực nghiệm sử dụng một số phương pháp: Tanguchi kết hợp AHP-ANOVA phân tích hệ số S/N; phân tích giá trị hệ số Fisher (F); phương pháp phân tích sự thay đổi; phương pháp tối ưu hóa Topsis, FUCA, MARCOS, khoảng phân bố của trị số tối ưu. 2.5. Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu Để lựa chọn được bộ thông số hợp lý: Không thể quan sát, phân tích để lựa chọn mà cần thực hiện tối ưu đa mục tiêu theo phương pháp ra quyết định đa tiêu chí (Multi Criteria Decision Making - MCDM), công cụ này giúp lựa chọn thí nghiệm được coi là tốt nhất trong 27 thí nghiệm đã thực hiện và thí nghiệm tốt hơn nằm ngoài 27 thí nghiệm đã thực hiện nếu có. Có nhiều phương pháp MCDM khác nhau sử dụng để ra quyết định đa tiêu chí trong các lĩnh vực khác nhau. Nghiên cứu này áp dụng ba phương pháp: Topsis, FUCA và MARCOS để tối ưu hóa các thông số
8 đầu vào đảm bảo yêu cầu của thông số đầu ra trên cơ sở sử dụng phương pháp Taguchi để xây dựng ma trận thực nghiệm. Đặc điểm của ba phương pháp như sau: - Phương pháp Topsis cung cấp một cách thức lựa chọn thực tế hơn trong các bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu. - FUCA là phương pháp mới (2021), khi áp dụng phương pháp này ta chỉ cần tính trọng số cho các tiêu chí nhưng không cần phải chuẩn hóa số liệu. - Phương pháp MARCOS (2018). Khi áp dụng phương pháp này cần thiết phải chuẩn hóa số liệu và xác định trọng số cho các tiêu chí. Kết luận Chương 2: 1. Trong lĩnh vực cơ khí có rất nhiều chi tiết, sản phẩm sử dụng bề mặt hớt lưng, đặc biệt đối với dụng cụ gia công bánh răng côn cong hệ Gleason bề mặt hớt lưng của răng dao là mặt Acsimet; việc sử dụng mặt sau Acsimet cho phép dụng cụ cắt luôn đảm bảo profin răng dao chính xác, góc sau răng dao gần như không đổi sau mỗi lần mài sắc lại; 2. Lưỡi cắt của răng dao của dụng cụ gia công bánh răng côn cong hợp bởi mặt trước và mặt sau của răng dao cắt, chất lượng nhám bề mặt của mặt trước và mặt sau sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lưỡi cắt của răng dao và ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt sườn răng của bánh răng sau khi gia công; 3. Quá trình mài, chất lượng bề mặt chi tiết sau khi mài ảnh hưởng bởi: chế độ cắt, đá mài, quá trình tạo phoi, biến đổi cấu trúc lớp bề mặt kim loại mài, lực cắt, nhiệt cắt, công suất cắt, rung động, hệ thống công nghệ, tưới nguội,… Trong đó vận tốc cắt của đá mài (Vđ), bước tiến (S) và thông số đá mài gồm độ hạt (G), độ cứng (Hđ) là các yếu tố ảnh hưởng nhiều đến nhám bề mặt (Ra), mức độ thay đổi độ cứng (H), chiều dày lớp thay đổi độ cứng (L). 4. Lựa chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm, phương pháp tối ưu cần căn cứ vào đặc điểm thực nghiệm, thông số đầu vào, yêu cầu của chỉ tiêu đầu ra; có thể sử dụng nhiều phương pháp tối ưu để đánh giá, lựa chọn phương pháp đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy. Nghiên cứu này, lựa chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để xây dựng ma trận và xử lý số liệu thực nghiệm, phương pháp tối ưu TOPSIS, FUCA, MARCOS kết hợp AHP và phân tích ANOVA để phân tích, đánh giá, lựa chọn phương án ưu việt, đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy từ đó chọn bộ thông số tối ưu phù hợp trên cơ sở ma trận thực nghiệm Taguchi. Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÀI HỚT LƯNG MẶT SAU RĂNG DAO PHAY BÁNH RĂNG CÔN CONG HỆ GLEASON Trong chương này thực hiện các nội dung chính sau: * Xây dựng mô hình thực nghiệm Phân tích cơ sở chọn chỉ tiêu đánh giá gồm Ra, H, L và yêu cầu đối với thông số đầu vào gồm Hđ, G, Vđ và S. - Thực nghiệm 1: Đánh giá chất lượng bề mặt acsimet. - Thực nghiệm 2: Thực nghiệm kiểm chứng bộ thông số tối ưu. * Xây dựng hệ thống thực nghiệm - Máy gia công dùng trong thực nghiệm: Lựa chọn máy gia công 1Б811 được trang bị thêm bộ điều khiển, giám sát tốc độ quay của đá để điều khiển mở rộng vùng tốc độ quay và thiết bị để điều khiển thông số chế độ cắt. - Dụng cụ cắt: Sử dụng đá mài trụ do Công ty CP Đá mài Hải Dương sản xuất hình 3.9. Thông số của đá mài như sau: Dđ = 70mm, H = 50 mm, d = 32 mm; vật liệu hạt mài Corindon trắng; G = 80, 100, 120; Hđ = Mềm vừa 1 (MV1), Mềm vừa 2 (MV2), Trung bình 1 (TB1) theo TCVN (tương đương độ cứng J, K, L theo tiêu chuẩn ISO), chất kết dính Bakelit. - Phôi thực nghiệm: Răng dao phay BRCC hệ Gleason loại 9 inch (hình 3.10), thông số theo tiêu chuẩn, vật liệu thép P18 tôi đạt độ cứng 61÷64HRC.
9 Hình 3.9. Đá mài tinh trong nghiên cứu thực nghiệm Hình 3.10. Răng dao phay BRCC hệ Gleason Hình 3.21. Lắp đầu dao lên trục chính máy gia công hớt lưng 1Б811 - Hệ thống thiết bị đo: Để đánh giá các thông đầu ra của quá trình thực nghiệm sử dụng thiết bị đo gồm: Thiết bị đo nhám là kính hiển vi kỹ thuật số VHX-7000 hình 3.23 với vị trí đo hình 3.24; thiết bị đo độ cứng Galileo durometria Ergotest hình 3.25, sơ đồ vị trí đo hình 2.26; Xử lý mẫu bằng máy mài kim tương, đo chiều dày lớp thay đổi độ cứng trên hệ thống kính hiển vi LEICA DM750M hình 3.27, sơ đồ vị trí đo hình 2.28. 12.7 1 2 3 50 42 5 20.4 Hình 3.23. Hệ thống đo nhám bề mặt bề mặt Hình 3.24. Vị trí đo nhám 10.7 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 40 Hình 3.25. Thiết bị đo độ cứng Hình 3.26. Vị trí đo độ cứng
10 17.7 A A-A 3 3 3 A 35 Hình 3.27. Hệ thống xử lý mẫu và đo chiều dày Hình 3.28. Vị trí đo chiều dày lớp thay đổi độ cứng lớp thay đổi độ cứng - Chế độ trơn nguội: Chọn mài khô (nhiệt sinh ra ít, quá trình mài dễ quan sát). * Thiết kế thông số đầu vào Bảng 3.3. Thông số chế độ cắt và thông số đá mài dùng cho thực nghiệm TT Tham số Đơn vị Mức 1 Mức 2 Mức 3 1 Độ hạt của đá (G) - 80 100 120 2 Vận tốc của đá (Vđ) m/s 16 20 24 3 Bước tiến (S) m/ph 2,08 3,12 4,16 4 Độ cứng của đá (Hđ) - MV1 (J) MV2 (K) TB1 (L) 5 Chiều sâu cắt (t) mm 0,002 (constant) * Thiết kế ma trận thực nghiệm Trong nghiên cứu này, với 4 thông số đầu vào, mỗi thông số có 3 mức khác nhau, ma trận thực nghiệm phù hợp là ma trận Taguchi L27 với 27 thực nghiệm được thể hiện trong bảng 3.4. Bảng 3.4. Thiết kế thực nghiệm theo phương pháp Taguchi L27 Độ hạt Vận tốc Bước Độ cứng đá TT G Vđ S Hđ TT của đá của đá mài tiến S mài Hđ mài G Vđ (m/s) (m/ph) 1 80 16 2,08 MV1 1 1 1 1 1 2 80 16 3,12 MV2 2 1 1 2 2 3 80 16 4,16 TB1 3 1 1 3 3 4 80 20 2,08 MV2 4 1 2 1 2 5 80 20 3,12 TB1 5 1 2 2 3 6 80 20 4,16 MV1 6 1 2 3 1 7 80 24 2,08 TB1 7 1 3 1 3 8 80 24 3,12 MV1 8 1 3 2 1 9 80 24 4,16 MV2 9 1 3 3 2 10 100 16 2,08 MV2 10 2 1 1 2 11 100 16 3,12 TB1 11 2 1 2 3 12 100 16 4,16 MV1 12 2 1 3 1 13 100 20 2,08 TB1 13 2 2 1 3 14 100 20 3,12 MV1 14 2 2 2 1 15 100 20 4,16 MV2 15 2 2 3 2 16 100 24 2,08 MV1 16 2 3 1 1 17 100 24 3,12 MV2 17 2 3 2 2 18 100 24 4,16 TB1 18 2 3 3 3 19 120 16 2,08 TB1 19 3 1 1 3 20 120 16 3,12 MV1 20 3 1 2 1 21 120 16 4,16 MV2 21 3 1 3 2 22 120 20 2,08 MV1 22 3 2 1 1 23 120 20 3,12 MV2 23 3 2 2 2 24 120 20 4,16 TB1 24 3 2 3 3 25 120 24 2,08 MV2 25 3 3 1 2 26 120 24 3,12 TB1 26 3 3 2 3 27 120 24 4,16 MV1 27 3 3 3 1
11 * Kết quả nghiên cứu thực nghiệm - Kết quả đo nhám bề mặt: Thực hiện đo nhám bằng kính hiển vi VHX-7000, giá trị nhám bề mặt tại mỗi thí nghiệm được tính bằng giá trị trung bình của 3 lần đo ở 3 vị trí, kết quả được tổng hợp trong bảng 3.5. Nhám mặt sau Acsimet răng dao được xác định là chỉ tiêu càng nhỏ càng tốt. Bảng 3.5. Giá trị nhám bề mặt Ra đo được trên các mẫu TT G Vđ S Hđ Ra1 (µm) Ra2 (µm) Ra3 (µm) Ratb (µm) 1 1 1 1 1 0,67 0,66 0,65 0,66 2 1 1 2 2 0,75 0,77 0,73 0,75 3 1 1 3 3 0,78 0,79 0,80 0,79 4 1 2 1 2 0,40 0,42 0,41 0,41 5 1 2 2 3 0,63 0,61 0,62 0,62 6 1 2 3 1 0,68 0,66 0,70 0,68 7 1 3 1 3 0,33 0,31 0,29 0,31 8 1 3 2 1 0,30 0,28 0,26 0,28 9 1 3 3 2 0,58 0,57 0,59 0,58 10 2 1 1 2 0,59 0,55 0,57 0,57 11 2 1 2 3 0,69 0,67 0,65 0,67 12 2 1 3 1 0,71 0,70 0,69 0,70 13 2 2 1 3 0,31 0,33 0,32 0,32 14 2 2 2 1 0,31 0,27 0,29 0,29 15 2 2 3 2 0,60 0,58 0,62 0,60 16 2 3 1 1 0,23 0,22 0,21 0,22 17 2 3 2 2 0,24 0,28 0,26 0,26 18 2 3 3 3 0,36 0,34 0,32 0,34 19 3 1 1 3 0,31 0,35 0,33 0,33 20 3 1 2 1 0,33 0,27 0,30 0,30 21 3 1 3 2 0,61 0,60 0,62 0,61 22 3 2 1 1 0,23 0,24 0,22 0,23 23 3 2 2 2 0,30 0,24 0,27 0,27 24 3 2 3 3 0,37 0,35 0,33 0,35 25 3 3 1 2 0,20 0,22 0,21 0,21 26 3 3 2 3 0,27 0,25 0,23 0,25 27 3 3 3 1 0,24 0,26 0,22 0,24 - Kết quả đo mức độ thay đổi độ cứng ∆H: Kết quả mức độ thay đổi độ cứng lớp bề mặt gia công trong 27 thực nghiệm được tổng hợp trong bảng 3.6. Độ cứng trung bình của tất cả các mẫu sau khi mài đều nhỏ hơn độ cứng của mẫu trước khi mài, như vậy quá trình mài làm giảm độ cứng của bề mặt chi tiết, giá trị lượng giảm độ cứng (∆H) thể hiện trong bảng 3.6. Theo bảng 3.6 H thay đổi trong khoảng 0,61 đến 1,89 HRC. Các kết quả cho thấy độ cứng của lớp bề mặt sau gia công nhỏ hơn so với độ cứng của phôi trước khi gia công, việc hạn chế mức độ thay đổi độ cứng lớp bề mặt gia công là cần thiết. Do đó, trong nghiên cứu này, ∆H cũng được xem xét là chỉ tiêu càng nhỏ càng tốt.
12 Bảng 3.6. Giá trị mức thay đổi độ cứng ∆H (HRC) TT Độ cứng trước khi mài tinh Độ cứng sau khi mài tinh ∆H G Vđ S Hđ Mẫu Độ cứng tại 3 vị trí TB Độ cứng tại 3 vị trí TB (HRC) 1 1 1 1 1 62,8 62,7 63,2 62,91 62,3 62,2 62,4 62,30 0,61 2 1 1 2 2 61,9 61,4 61,7 61,65 60,9 60,1 61,2 60,73 0,92 3 1 1 3 3 62,6 62,5 61,9 62,34 61,0 60,9 61,2 61,03 1,31 4 1 2 1 2 61,6 61,3 61,8 61,56 60,5 60,4 60,3 60,39 1,17 5 1 2 2 3 62,2 61,9 62,1 62,06 60,3 60,4 61,2 60,62 1,44 6 1 2 3 1 62,2 61,8 62,3 62,11 60,4 60,5 60,7 60,53 1,58 7 1 3 1 3 63,6 63,8 63,7 63,69 62,1 61,9 61,7 61,90 1,79 8 1 3 2 1 63,1 63,2 62,8 63,04 61,5 61,4 61,3 61,40 1,64 9 1 3 3 2 63,0 62,8 62,7 62,83 61,4 61,1 60,7 61,06 1,77 10 2 1 1 2 63,7 63,6 63,9 63,73 62,7 62,3 62,5 62,50 1,23 11 2 1 2 3 62,5 62,4 62,8 62,56 61,2 60,7 61,3 61,05 1,51 12 2 1 3 1 62,2 62,4 62,5 62,35 60,8 61,1 60,6 60,83 1,52 13 2 2 1 3 62,9 62,7 63,1 62,91 61,4 61,2 61,3 61,30 1,61 14 2 2 2 1 62,1 62,3 61,8 62,06 60,3 60,6 60,5 60,47 1,59 15 2 2 3 2 63,8 63,7 63,9 63,78 62,2 62,4 62,1 62,23 1,55 16 2 3 1 1 62,9 62,3 63,4 62,87 61,6 61,2 61,4 61,40 1,47 17 2 3 2 2 62,0 63,2 62,9 62,70 60,8 61,1 61,0 60,97 1,73 18 2 3 3 3 62,7 62,9 63,1 62,90 61,5 61,1 61,3 61,31 1,59 19 3 1 1 3 63,1 62,7 62,8 62,86 61,1 60,8 61,0 60,97 1,89 20 3 1 2 1 62,4 62,8 63,2 62,81 61,6 61,7 61,5 61,60 1,21 21 3 1 3 2 62,4 63,0 62,6 62,68 60,8 61,1 60,9 60,93 1,75 22 3 2 1 1 62,6 61,9 62,5 62,32 61,2 61,3 60,9 61,13 1,19 23 3 2 2 2 62,5 62,1 62,4 62,33 61,4 61,0 60,9 61,08 1,25 24 3 2 3 3 62,6 62,4 62,3 62,43 60,7 60,5 61,1 60,75 1,68 25 3 3 1 2 62,6 62,9 62,7 62,73 60,7 61,2 61,1 60,99 1,74 26 3 3 2 3 62,2 62,3 62,6 62,36 60,4 60,4 60,6 60,47 1,89 27 3 3 3 1 63,4 63,2 63,2 63,27 61,6 61,7 61,5 61,60 1,67 - Kết quả đo chiều dày lớp thay đổi độ cứng L: Chiều dày lớp thay đổi độ cứng đo bằng kính hiển vi LEICA DM750M tại 3 vị trí rồi lấy giá trị trung bình kết quả tai bảng 3.7; ∆L thay đổi trong khoảng 29,39 ÷ 49,10 µm. Do độ cứng của lớp bề mặt sau khi gia công nhỏ hơn độ cứng của phôi trước khi gia công (bảng 3.6) nên việc giảm ∆L là cần thiết. Vì vậy, ∆L được xem xét là chỉ tiêu càng nhỏ càng tốt.
13 Bảng 3.7. Giá trị chiều dày lớp thay đổi độ cứng ∆L TT Thông số đầu vào Kết quả đo ∆L tại 3 vị trí (µm) Giá trị Mẫu G Vđ S Hđ ∆L1 ∆L2 ∆L3 trung bình ∆L (µm) 1 1 1 1 1 30,47 33,16 30,39 31,34 2 1 1 2 2 34,25 36,25 34,98 35,16 3 1 1 3 3 43,64 46,33 43,77 44,58 4 1 2 1 2 34,54 32,98 31,96 33,16 5 1 2 2 3 40,55 42,01 40,59 41,05 6 1 2 3 1 34,12 37,13 35,79 35,68 7 1 3 1 3 44,88 46,22 46,81 45,97 8 1 3 2 1 34,16 32,99 34,58 33,91 9 1 3 3 2 36,65 36,01 38,88 37,18 10 2 1 1 2 30,43 28,12 29,62 29,39 11 2 1 2 3 40,21 40,00 38,65 39,62 12 2 1 3 1 42,89 42,90 43,51 43,10 13 2 2 1 3 34,76 33,11 31,61 33,16 14 2 2 2 1 31,85 30,02 30,95 30,94 15 2 2 3 2 38,65 36,87 37,7 37,74 16 2 3 1 1 33,87 32,58 31,29 32,58 17 2 3 2 2 31,67 30,22 28,14 30,01 18 2 3 3 3 38,29 35,98 37,75 37,34 19 3 1 1 3 36,99 34,01 36,49 35,83 20 3 1 2 1 49,11 49,21 48,29 48,87 21 3 1 3 2 44,44 43,02 42,08 43,18 22 3 2 1 1 49,37 47,75 47,48 48,20 23 3 2 2 2 39,56 37,92 38,41 38,63 24 3 2 3 3 35,99 33,04 34,71 34,58 25 3 3 1 2 40,82 38,94 38,53 39,43 26 3 3 2 3 37,46 35,20 35,82 36,16 27 3 3 3 1 48,61 50,10 48,59 49,10 Từ kết quả tại bảng 3.5-3.7 ta có chỉ tiêu của các kết quả đầu ra Ra, ∆H, ∆L theo bảng 3.8. Bảng 3.8. Chỉ tiêu của các đặc trưng TT Đặc trưng cho kết quả Kiểu đặc trưng Đơn vị 1 Ra Thấp hơn là tốt hơn µm 2 ∆H Thấp hơn là tốt hơn HRC 3 ∆L Thấp hơn là tốt hơn µm Kết luận Chương 3: 1. Xây dựng mô hình nghiên cứu mài hớt lưng mặt sau Acsimet của răng dao phay BRCC hoàn chỉnh, hệ thống trang thiết bị phục vụ nghiên cứu phù hợp, mở rộng khả năng công nghệ của máy 1Б811 đáp ứng yêu cầu thực nghiệm; Nghiên cứu thực hiện với 2 thực nghiệm chính: Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số G, Hđ, Vđ, S đến chất lượng bề mặt sau khi gia công Ra, H, L và thực nghiệm kiểm chứng đánh giá, xác định bộ thông số tối ưu. 2. Thí nghiệm thăm dò, lựa chọn thông số thí nghiệm: nghiên cứu ảnh hưởng của 4 yếu tố chính với ba mức, sử dụng đá mài Hải Dương độ hạt G = 80, 100, 120; độ cứng đá mài Hđ = MV1, MV2, TB1; Chế độ cắt: Vđ = 16; 20; 24 m/s; S = 2,08; 3,12; 4,16 m/ph. Đánh giá chất lượng chi tiết được mài (mặt sau Acsimet răng dao
14 phay BRCC hệ Gleason loại 9 inch), vật liệu thép P18 thông qua nhám bề mặt (Ra), mức độ thay đổi độ cứng (H) và chiều dày lớp thay đổi độ cứng (L). 3. Xác định phương pháp, sơ đồ, máy, thiết bị đo, kiểm tra, đánh giá các chỉ tiêu phù hợp với yêu cầu; lựa chọn kính hiển vi kỹ thuật số VHX-7000 của hãng Keyence, kính hiển vi điện tử LEICA DM750 M, hệ thống SEM- SU3800, máy đo độ cứng Galileo durometria Ergotest và các trang thiết bị cần thiết khác phục vụ xử lý mẫu đảm bảo độ chính xác, tin cậy, đáp ứng yêu cầu của các tiêu chí đánh giá. 4. Phương pháp Taguchi được lựa chọn để xây dựng ma trận thí nghiệm với 27 thực nghiệm (L27), gia công với 27 chế độ theo kế hoạch. Kết quả đo cho thấy: giá trị nhám bề mặt trong khoảng 0,21÷0,79 µm phù hợp với chất lượng nhám bề mặt của phương pháp mài mà các công trình đã công bố; độ cứng bề mặt sau khi mài ở tất cả các mẫu đều giảm so với trước khi mài, mức độ thay đổi H trong khoảng 0,61÷1,89 HRC; chiều dày lớp thay đổi độ cứng L trong khoảng 29,39÷49,10 µm. 5. Thông số đá mài G, Hđ và chế độ cắt Vđ, S đều ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt sau khi mài mặt Acsimet; Mức độ thay đổi và mối quan hệ của Ra, H, L với các thông số đầu vào (G, Vđ, S, Hđ) ở từng thí nghiệm là khác nhau, quy luật chưa rõ ràng, việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của G, Vđ, S, Hđ đến Ra, H, L và tối ưu các thông số đầu vào với chỉ tiêu Ra, H, L càng nhỏ càng tốt là nội dung cần được nghiên cứu để xác định. Chương 4: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ, ĐÁ MÀI ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT VÀ TỐI ƯU HÓA THÔNG SỐ KHI MÀI HỚT LƯNG 4.1. Ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng bề mặt khi mài 4.1.1. Đánh giá ảnh hưởng đến nhám bề mặt gia công * Mức độ ảnh hưởng của một số thông số đến nhám bề mặt Từ kết quả thực nghiệm (bảng 3.4), phân tích phương sai (ANOVA) nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào G, Hđ, Vđ, S đến Ra. Kết quả phân tích đánh giá thể hiện trong đồ thị Pareto (hình 4.1) và qua phân tích ANOVAcho thấy: Trong bốn thông số đầu vào, ảnh hưởng của Vđ là lớn nhất (chiếm 40,96%), sau đó là G Hình 4.1. Đồ thị Pareto về ảnh hưởng của G, chiếm 29,69%, tiếp đến là ảnh hưởng Vđ, Hđ, S và sự tương tác giữa chúng tới Ra của S chiếm 15,04%. Ảnh hưởng của Hđ đến Ra là không đáng kể chỉ chiếm 0,82%, ảnh hưởng tương tác qua lại của các thông số đến nhám bề mặt gia công là không đáng kể (2,91%). * Xu hướng ảnh hưởng của một số thông số chính đến nhám Trên hình 4.2 có thể thấy rằng Hình 4.2. Đồ thị về xu hướng ảnh trong khoảng nghiên cứu của các hưởng của thông số đầu vào tới Ra
15 thông số đầu vào, khi tăng G hoặc tăng Vđ thì Ra đều giảm, nếu tăng S thì Ra tăng; khi tăng Hđ từ mức 1 lên mức 2 thì Ra tăng, khi tăng từ mức 2 đến mức 3 thì Ra có xu hướng giảm. *Ảnh hưởng tương tác của một số thông số đến nhám bề mặt Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm, mô hình Ra được xây dựng là một hàm đa thức bậc hai với biến là các thông số đầu vào là G, Vđ, S, Hđ như trong công thức (4.1) với độ tin cậy khá cao (R2 = 92,75 %), giá trị Ra tính theo biến mã hóa. Ra = 0,884-0,170 G-0,346 Vđ+0,007 S+0,218 Hđ-0,0039 G*G + 0,0294 Vđ*Vđ + 0,0428 S*S - 0,0522 Hđ*Hđ + 0,0433 G*Vđ (4.1) - 0,0220 G*S + 0,0080 G*Hđ - 0,0120 Vđ*S + 0,0080 Vđ*Hđ - 0,0100 S*Hđ Đồ thị 3D mô tả ảnh hưởng tương tác giữa các thông số đầu vào theo giá trị mã hóa đến chỉ tiêu Ra thể hiện trên hình 4.3, 4.4 và hình 4.5. Hình 4.3. Ảnh hưởng tương Hình 4.4. Ảnh hưởng Hình 4.5. Ảnh hưởng của tác của G, Vđ tới Ra (S = mức của G, S tới Ra (Vđ = Vđ, S tới Ra (G = mức 2; 2; Hđ = mức 2) mức 2; Hđ = mức 2) Hđ = mức 2) Kết quả từ các hình 4.3 đến 4.5 cho thấy: Ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến nhám bề mặt gia công là khác nhau. Trong đó, vận tốc cắt của đá mài tăng, độ hạt tăng thì nhám đều giảm; bước tiến tăng thì nhám bề mặt tăng. 4.1.2. Đánh giá ảnh hưởng đến ∆H * Ảnh hưởng của một số thông số đến H Từ kết quả thực nghiệm (bảng 3.5), phân tích phương sai ANOVA nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào G, Hđ, Vđ, S đến H. Kết quả phân tích đánh giá thể hiện trong đồ thị Pareto (hình 4.6): Bốn thông số đầu vào G, Hđ, Vđ, S khảo sát trong nghiên cứu này đều ảnh hưởng đến H. Trong đó, Vđ là thông số ảnh hưởng lớn nhất (26,43%), đến Hđ (11,78%), G Hình 4.6. Đồ thị Pareto về ảnh hưởng của G, Vđ, (9,86%) và S (7,01%). Hđ, S và sự tương tác giữa chúng tới H * Xu hướng ảnh hưởng của một số thông số đến H Theo hình 4.7, khi tăng giá trị G, Hđ, Vđ, S độ cứng của bề mặt sau khi mài có xu hướng giảm; khi các thông số đầu vào tương tác qua lại lẫn nhau thì ảnh hưởng
16 khá lớn đến mức độ thay đổi độ cứng bề mặt gia công (33,77%). Kết quả phân tích từ đồ thị phần lớn đều chỉ ra rằng: Khi các thông số đầu vào tăng làm tăng lượng thay đổi độ cứng bề mặt gia công. Hình 4.7. Đồ thị về xu hướng ảnh hưởng của thông số G, Vđ, Hđ, S tới H * Ảnh hưởng tương tác của thông số G, Vđ, S, Hđ đến  H Mô hình toán học thể hiện mức độ thay đổi độ cứng bề mặt gia công được xây dựng dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm. Trong nghiên cứu này, mức độ thay đổi độ cứng được xây dựng là hàm thức đa bậc hai với biến là các thông số đầu vào G, Vđ, S, Hđ thể hiện trong công thức (4.2), giá trị H tính theo biến mã hóa. Mô hình hồi quy với độ tin cậy R2 = 92,00 %. ∆H = - 0,807 + 0,547 G + 0,474 Vđ + 0,516 S + 0,179 Hđ - 0,0611 G*G + 0,0622 Vđ*Vđ + 0,0422 S*S + 0,0539 Hđ*Hđ - 0,1207 G*Vđ (4.2) - 0,0524 G*S + 0,0787 G*Hđ - 0,0880 Vđ*S - 0,0602 Vđ*Hđ - 0,1540 S*Hđ Đồ thị 3D mô tả ảnh hưởng tương tác giữa các thông số đầu vào theo giá trị mã hóa đến chỉ tiêu mức độ thay đổi độ cứng bề mặt gia công được thể hiện trên hình 4.8, 4.9 và hình 4.10. Hình 4.8. Ảnh hưởng của G, Hình 4.9. Ảnh hưởng của Hình 4.10. Ảnh hưởng Vđ tới ∆H G, Hđ tới ∆H của Vđ, Hđ tới ∆H (S = mức 2; Hđ= mức 2) (Vđ = mức 2; S = mức 2) (G = mức 2; S = mức 2) Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm đều chỉ ra rằng, độ cứng của lớp bề mặt sau khi gia công đều có xu hướng giảm đi so với độ cứng của bề mặt trước khi gia công. Do đó, để chất lượng độ cứng bề mặt gia công được cao gần với độ cứng bề mặt sau khi tôi thì cần thiết phải giảm mức độ thay đổi độ cứng bề mặt gia công hoặc giảm chiều dày lớp thay đổi độ cứng của bề mặt gia công. 4.1.3. Đánh giá ảnh hưởng đến chiều dày lớp thay đổi độ cứng ∆L * Mức độ ảnh hưởng của một số thông số đến ∆L Kết quả phân tích, đánh giá mức độ ảnh hưởng của một số G, Hđ, Vđ, S đến ∆L được biểu diễn ở biểu đồ Pareto hình 4.11 cho thấy: G, Hđ, Vđ, S đều ảnh hưởng đến ∆L. Phân tích phương sai chỉ ra thứ tự ảnh hưởng là G (8,18%), S (7,06%), Vđ (0,56%), Hđ (0,19%).
17 Hình 4.11. Đồ thị Pareto về ảnh hưởng Hình 4.12. Đồ thị về xu hướng ảnh của của thông số G, Vđ, S, Hđ tới ∆L thông số G, Vđ, S, Hđ tới ∆L * Xu hướng ảnh hưởng của một số thông số chính đến ∆L Theo hình 4.12, khi G tăng từ mức 1 đến mức 2 thì L giảm, nhưng khi tiếp tục tăng G đến mức 3 thì L lại tăng. Khi Vđ tăng từ 16÷20m/s thì L giảm, nhưng khi tiếp tục tăng Vđ đến 24m/s thì L lại tăng. Khi S tăng thì L cũng tăng. Khi tăng Hđ từ mức 1 đến mức 2 thì L giảm, nhưng khi tiếp tục tăng Hđ lên mức 3 thì L tăng. * Ảnh hưởng tương tác của một số thông số đến L Mô hình toán học của L được xây dựng dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm. Trong nghiên cứu này, L được xây dựng là hàm đa thức bậc hai với biến là các thông số đàu vào G, Vđ, S, Hđ như mô tả ở công thức (4.3), giá trị L tính theo biến mã hóa. Mô hình hồi quy với độ tin cậy R2 = 90,77 %. ∆L = 31,04 + 1,998 G - 0,521 Vđ + 1,857 S - 0,301 Hđ + 4,68 G*G + 1,47 Vđ*Vđ + 1,27 S*S + 3,02 Hđ*Hđ - 0,500 G*Vđ - 0,476 G*S (4.3) - 5,608 G*Hđ - 0,987 Vđ*S + 0,716 Vđ*Hđ - 1,061 S*Hđ Đồ thị 3D mô tả ảnh hưởng tương tác giữa các thông số đầu vào theo giá trị mã hóa đến L được thể hiện trên hình 4.13 đến hình 4.15. Hình 4.13. Ảnh hưởng tương Hình 4.14. Ảnh hưởng tương Hình 4.15. Ảnh hưởng tương tác tác của G, Vđ tới ∆L (S = tác của G, S tới ∆L của Vđ, S tới ∆L mức 2; Hđ = mức 2) (Vđ = mức 2; Hđ = mức 2) (G = mức 2; Hđ = mức 2) 4.2. Nghiên cứu bài toán tối ưu đơn mục tiêu 4.2.1. Xác định giá trị hợp lý theo chỉ tiêu Ra Kết hợp phân tích hệ số S/N và phân tích ANOVA của Ra xác định được giá trị hợp lý theo chỉ tiêu Ra, với mục tiêu Ra càng nhỏ càng tốt: R a toiuu =G 3 +Vđ 3 +S1 -2.T  Ratoiuu = 0,31 + 0,3878 + 0,3622 - 2*0,436 = 0,188µm Thực nghiệm kiểm chứng với 3 mẫu với bộ thông số tối ưu (G = 120; Vđ = 24 m/s; S = 2,08 m/phút và Hđ = MV1) giá trị nhám trung bình của 3 mẫu là
18 Ra = 0,197µm thấp hơn các giá trị đo được trong 27 thí nghiệm đã thực hiện, chỉ tiêu Ra tối ưu theo tính toán và chỉ tiêu Ra đo được từ thực nghiệm kiểm chứng với các thông số đầu vào tối ưu sai số 4,56 %, kết quả đảm bảo độ tin cậy. Hình 4.16. Đồ thị ảnh hưởng của thông Hình 4.17. Đồ thị ảnh hưởng của các cặp tương số G, Vđ, S, Hđ đến S/N của Ra tác của thông số G, Vđ, S, Hđ đến S/N của Ra 4.2.2. Xác định giá trị hợp lý của mức độ thay đổi độ cứng bề mặt ∆H Kết hợp phân tích hệ số S/N và phân tích ANOVA của ∆H xác định được giá trị hợp lý theo chỉ tiêu ∆H, do các mẫu sau khi mài đều giảm độ cứng nên chỉ tiêu ∆H càng nhỏ càng tốt: Hình 4.18. Đồ thị ảnh hưởng của thông Hình 4.19. Ảnh hưởng của các cặp tương tác số G, Vđ, S, Hđ đến S/N của ∆H của thông số G, Vđ, S, Hđ đến S/N của ∆H ΔH to iu u = G 1 + V đ 1 + S1 + H đ1 + G 1 * V đ 1 -4 .T ΔH toiuu = 1,159 + 1,128 + 1,311 +1,387+ 1,157- 4*1,371 = 0,658 HRC Theo kết quả thực nghiệm tại bộ thông số công nghệ tối ưu G = 80; Vđ = 16 m/s; S= 2,08m/phút và độ cứng đá Hđ = MV1 (TN1) được ∆Htoiuu = 0,61 HRC với lượng sai lệch giữa kết quả tính toán và kết quả thực nghiệm là 7,29%. 4.2.3. Xác định giá trị hợp lý của ∆L Phân tích hệ số S/N kết hợp phân tích ANOVA của ∆L xác định được giá trị hợp lý theo chỉ tiêu chiều dày lớp thay đổi độ cứng ∆L, do các mẫu sau khi mài đều giảm độ cứng nên chỉ tiêu ∆L càng nhỏ càng tốt. Giá trị hợp lý của ∆L được xác định theo công thức: ΔL to iu u = G 1 + V đ 2 + S1 + G 1*V đ1 + V đ 2 * S 1 + G 2 * S 2 - 5 .T ΔLtoiuu = 42,17 + 38,38 + 41,61 +32,87+ 31,25+ 29,75- 5*37,99 = 33,28m