Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh nghiêng trên bề mặt đá mài chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam khi mài phẳng vật liệu SKD11 nhiệt luyện

Chia sẻ: Tỉ Thành | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 4
download

Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh nghiêng trên bề mặt đá mài chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam khi mài phẳng vật liệu SKD11 nhiệt luyện

Mô tả tài liệu

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu chính của luận án là: Đánh giá khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh nghiêng chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam khi mài phẳng vật liệu SKD11 nhiệt luyện theo phương pháp Taguchi để xác định ảnh hưởng của các thông số đầu vào: Bước tiến dao dọc (Sd), chiều sâu cắt (t) và số lượng rãnh (Z) xẻ nghiêng trên mặt đá (chế tạo tại Việt Nam) khi mài phẳng chi tiết từ thép SKD11 đã nhiệt luyện tới độ nhám, độ phẳng bề mặt chi tiết gia công, sai lệch kích thước, độ song song, năng suất gia công và một số yếu tố khác như nhiệt cắt, lực cắt, rung động.

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 khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh nghiêng trên bề mặt đá mài chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam khi mài phẳng vật liệu SKD11 nhiệt luyện

1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Mục tiêu của công nghệ chế tạo sản phẩm cơ khí hiện đại là nâng cao độ chính xác và năng suất gia công, giảm lượng dư gia công, từ đó giảm được giá thành của sản phẩm. Với xu hướng này, song song với việc đầu tư nghiên cứu để tối ưu quá trình gia công cắt gọt, nghiên cứu tối ưu thông số hình học dụng cụ cắt là một hướng đi khả thi và có hiệu quả cao. Với ý nghĩa này, đá mài xẻ rãnh - một cải tiến của đá mài truyền thống đã được các nhà khoa học nghiên cứu nhằm khắc phục các nhược điểm của đá mài truyền thống như: năng lượng tiêu hao lớn, khả năng thoát phoi kém, lực cắt và nhiệt cắt quá trình gia công lớn gây ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công và năng suất gia công. Đã có rất nhiều các nghiên cứu về mài theo hai hướng hàn lâm và thử nghiệm. Đáng chú ý, thị trường về mài đã tiêu tốn hàng tỷ đồng vào năm 2015 và có tối đa 15.000 các bài báo và tạp chí về vấn đề này [27]. Tác giả Eiji nghiên cứu về lý thuyết quá trình gia công vật liệu và gia công bằng hạt mài [20] đã phân tích cho thấy: lực sinh ra khi mài là một thông số quan trọng để đánh giá khả năng cắt gia công của đá. Tác giả Xiaorui Fan and Michele H. Miller[21] [22]đã nghiên cứu và phân tích về khả năng giảm lực cắt và mòn của đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn. Tác giả V.G.Guses[36]đã chỉ ra được ảnh hưởng của số gián đoạn trên bề mặt làm việc của đá cũng như các sai số về kích thước dưới tác dụng của sự mất cân bằng đá. Tác giả D. X. Jin and Z. Meng[18] nghiên cứu đã cho thấy lực mài của đá mài xẻ rãnh giảm 30% so với đá mài thường trong khi chất lượng bề mặt được gia công không cải thiện nhiều. Nghiên cứu này đã giải thích nguyên nhân giảm lực cắt là do chiều dài tiếp xúc giữa đá mài và chi tiết gia công hơn nữa phoi dễ thoát ra ở khu vực cắt tại vị trí xẻ rãnh. Tác giả T. Nguyen, L. C. Zhang[30] đã nghiên cứu các hiện tượng hạt mài sắp xếp bề mặt của đá mài mang tính ngẫu nhiên, thậm chí cả mài mòn. Tính ngẫu nhiên này do quy trình sản xuất như trộn hạt mài với chất kết dính, ép và thiêu kết. Điều này, có thể dẫn đến khó khăn khi giải phóng lượng nhiệt sinh ra trong suốt quá trình mài, vì 60% dung dịch trơn nguội không thể tiếp cận được khu vực cắt [5÷9]. Chính các khó khăn này là nguyên nhân dẫn đến hư hỏng bề mặt (hạt mài mất khả năng tự mài sắc và phoi bị kẹt cứng ở lỗ xốp) [8] [9]. Để giảm tính ngẫu nhiên và cải thiện dung dịch trơn nguội vào vùng mài một cách có hiệu quả, đá mài xẻ rãnh đã được nghiên cứu. Bằng cách xẻ rãnh, khu vực tiếp xúc giữa đá và chi tiết được làm nguội ổn định có nghĩa là có thể can thiệp để giảm sự ngẫu nhiên của các hạt mài trong quá trình mài. Khả năng cắt của đá mài có thể xác định qua một số chỉ tiêu như: chất lượng chi tiết gia công, lực cắt, nhiệt sinh ra khi mài, rung động, năng suất cắt… Trong các chỉ tiêu trên lực cắt là chỉ tiêu cơ bản đặc trưng cho bản chất vật lý của quá trình mài, lực cắt ảnh hưởng lớn đến sự mài mòn của đá, đến biến dạng đàn hồi và tiếp xúc của hệ thống công nghệ, đến rung động. Còn nhiệt cắt là chỉ
2 tiêu ảnh hưởng đến sai lệch kích thước do biến dạng nhiệt chi tiết gia công. Có thể nói lực cắt và nhiệt cắt trong quá trình mài là chỉ tiêu cơ bản ảnh hưởng đến sai lệch hình dạng kích thước. Nâng cao khả năng cắt của đá mài là một trong những vấn đề rất quan trọng của chuyên ngành công nghệ chế tạo máy nhằm tạo ra các sản phẩm, thiết bị, máy móc đạt độ chính xác và tuổi thọ cao, đảm bảo hiệu quả kinh tế kỹ thuật. Do đó, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh nghiêng trên bề mặt đá mài chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam khi mài phẳng vật liệu SKD11 nhiệt luyện” làm đề tài Luận án tiến sĩ. 2. Mục tiêu của luận án Từ những phân tích ở trên mục tiêu chính của luận án là: - Đánh giá khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh nghiêng chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam khi mài phẳng vật liệu SKD11 nhiệt luyện theo phương pháp Taguchi để xác định ảnh hưởng của các thông số đầu vào: Bước tiến dao dọc (Sd), chiều sâu cắt (t) và số lượng rãnh (Z) xẻ nghiêng trên mặt đá (chế tạo tại Việt Nam) khi mài phẳng chi tiết từ thép SKD11 đã nhiệt luyện tới độ nhám, độ phẳng bề mặt chi tiết gia công, sai lệch kích thước, độ song song, năng suất gia công và một số yếu tố khác như nhiệt cắt, lực cắt, rung động. Từ đó xác định bộ thông số chế độ cắt tối ưu cục bộ theo các chỉ tiêu riêng biệt, chỉ tiêu tổng hợp và tối ưu đa mục tiêu đáp ứng 02 tiêu chí đầu ra là chất lượng chi tiết và năng suất gia công khi mài bằng đá mài xẻ rãnh trong điều kiện sản xuất thử nghiệm ở Việt Nam. 3. Phương pháp nghiên cứu của luận án 3.1 Lý thuyết - Phương pháp tiếp cận: Kế thừa và phát triển từ kết quả nghiên cứu của các tác giả nghiên cứu trong nước và trên thế giới. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về bản chất vật lý trong quá trình mài, hệ thống, phương pháp đo các thông số và quy hoạch thực nghiệm. 3.2 Thực nghiệm Nghiên cứu ảnh hưởng thông số đầu vào (Sd, t) và thông số hình học đá mài Z đến sai lệch về độ phẳng, độ nhám và các yếu tố lực cắt, nhiệt cắt, rung động, và năng suất gia công khi mài. Từ đó xác định bộ thông số chế độ cắt tối ưu cục bộ theo các chỉ tiêu riêng biệt, chỉ tiêu tổng hợp và tối ưu đa mục tiêu đáp ứng 02 tiêu chí đầu ra là chất lượng chi tiết và năng suất gia công khi mài bằng đá mài xẻ rãnh trong điều kiện sản xuất thử nghiệm ở Việt Nam. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Bốn loại đá mài xẻ rãnh chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam và đá mài truyền thống. - Vật liệu mài: SKD11 nhiệt luyện có độ cứng 58HRC
3 Phạm vi nghiên cứu: Phù hợp với điều kiện nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn, tiến hành thực nghiệm với bốn loại đá mài xẻ rãnh chế tạo thử nghiệm và đá mài truyền thống khi mài phẳng vật liệu SKD11 nhiệt luyện. 4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 4.1 Ý nghĩa khoa học - Luận án đã nghiên cứu lý thuyết kết hợp nghiên cứu thực nghiệm, sử dụng phương pháp Taguchi để xác định quan hệ giữa bộ thông số: Bước tiến dao dọc (Sd), chiều sâu cắt (t) và số lượng rãnh (Z) với các thông số đầu ra độ nhám, độ phẳng bề mặt chi tiết gia công, sai lệch kích thước, độ song song, năng suất gia công và một số yếu tố khác như nhiệt cắt, lực cắt, rung động khi mài phẳng chi tiết SKD11 nhiệt luyện bằng đá mài xẻ rãnh nghiêng trên mặt đá. 4.2 Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu có thể dùng làm tài liệu tra cứu cho cán bộ công nghệ và cơ sở sản xuất có sử dụng đá mài xẻ rãnh nghiêng chế tạo tại Việt Nam khi mài phẳng vật liệu SKD11 nhiệt luyện nhằm mục đích nâng cao chất lượng chi tiết gia công và năng suất gia công với mức chi phí nhỏ nhất. - Đưa ra phương pháp xác định bộ thông số tối ưu cục bộ theo, chỉ tiêu tổng hợp theo kết quả của bài toán tối ưu đa mục tiêu bằng việc sử dụng thiết kế thực nghiệm Taguchi, phân tích quan hệ Grey và phân tích phương sai (ANOVA) nhăm nâng cao chất lượng chi tiết gia công và năng suất gia công khi mài bằng đá mài xẻ rãnh trong điều kiện sản xuất thử nghiệm ở Việt nam. - Đã đề xuất, xây dựng thành công nguyên lý, lựa chọn đồ gá, thuật toán, phần mềm và hệ thống đo chiều cao, sai lệch về độ phẳng, sai lệch về độ song song, độ nhám bề mặt, lực cắt, nhiệt sinh ra trong quá trình mài và năng suất mài với yêu cầu cao về độ chính xác gia công của quá trình công nghệ với độ không đảm bảo đo và độ tin cậy cao của thiết bị và hệ thống đo lường chính xác. 5. Những đóng góp mới - Kết quả nghiên cứu của luận án đã đánh giá được ảnh hưởng của thông số hình học của đá mài Z và thông số chế độ cắt (Sd, t) đến khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh nghiêng chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam theo các chỉ tiêu riêng biệt và chỉ tiêu tổng hợp gồm: sai lệch về độ phẳng, độ nhám bề mặt, nhiệt cắt, lực cắt, rung động và năng suất gia công trong quá trình mài phẳng. - Tác giả đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm thành công bằng việc ứng dụng phương pháp Taguchi, phân tích quan hệ Taguchi Grey, phân tích phương sai và xây dựng chương trình tính toán chính xác cho quá trình phân tích phương sai. - Việc sử dụng thiết bị đo đã được hiệu chuẩn chính xác để đo các chỉ tiêu về hình học, động học, nhiệt và lực học giúp cho tác giả xác định chính xác các bộ thông số tối ưu đơn mục tiêu, tối ưu tổng hợp cũng như thông số tối ưu đa mục tiêu.
4 - Luận án đưa ra hướng dẫn về việc lựa chọn bộ thông số tối ưu đối với các chỉ tiêu riêng biệt, bộ thông số đánh giá chỉ tiêu tổng hợp và tối ưu đa mục tiêu để nâng cao độ chính xác gia công khi phẳng bằng đá mài xẻ rãnh nghiêng chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam. 6. Cấu trúc của luận văn Luận án gồm các phần: Mở đầu, 4 chương, kết luận chung và phần phụ lục. Chương 1: Tổng quan về mài phẳng và tình hình nghiên cứu nâng cao khả năng cắt của đá mài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết của quá trình mài phẳng. Chương 3: Các chỉ tiêu và phương pháp đánh giá khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh. Chương 4: Thực nghiệm, kết quả, phân tích và đánh giá khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh nghiêng thử nghiệm theo các chỉ tiêu xác định. Kết luận chung và Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN Chương 1 Tổng quan về mài phẳng và tình hình nghiên cứu nâng cao khả năng cắt của đá mài 1.1.1 Giới thiệu về phương pháp mài Nguyên công mài không chỉ được dùng trong gia công tinh, mà còn được sử dụng khi cần có năng suất và hiệu quả kinh tế cao. Khi đó, sử dụng mài thô để gia công những chi tiết có trong lượng 125 tấn, lượng dư 6mm trên những máy mài cỡ lớn có công suất 205kW. Mỗi giờ có thể cắt được (60-80m/s) và tốc độ quay của chi tiết lớn (360 m/ph). Trong những năm gần đây ở một số nhà máy đã nâng tốc độ mài lên đến 120m/s và người ta đang tìm mọi biện pháp phấn đấu để đưa tốc độ mài lên cao hơn nữa (khoảng 300m/s)[1]. Trong quá trình mài, quá trình cắt diễn ra liên tục trên bề mặt đá nhưng không phải tất cả các hạt mài đều tham gia vào quá trình mài. Các hạt mài có lưỡi cắt không xác định, được phân bố một cách ngẫu nhiên không theo quy luật và “hỗn độn” trên bề mặt làm việc của đá. Do sự tiếp xúc, cào xước liên tục của các hạt mài lên bề mặt chi tiết gia công nên nhiệt cắt sinh ra trong quá trình mài lớn, ảnh hưởng đến khả năng gia công của hạt mài và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công. 1.1.2 Đặc điểm của quá trình mài [1] -Tốc độ cắt khi mài lớn, tiết diện phoi cắt ra bé - Đá mài là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi, gồm các hạt mài liên kết với nhau bằng chất dính kết. Khi cắt, một số lớn hạt mài có hình dạng, vị trí hoàn toàn khác nhau cùng đồng thời tham gia cắt. Các góc cắt khi mài không hợp lý: góc trước thường là góc âm và góc cắt thường lớn hơn 900. - Do tốc độ cắt cao và góc cắt lớn nên khi mài nhiệt độ rất cao (1000÷15000C). - Dụng cụ mài có lưỡi cắt không liên tục: Các hạt mài nằm tách biệt trên bề mặt làm việc của dụng cụ và cắt mỗi phoi riêng, do đó có thể xem quá trình mài như một quá trình cào xước liên tục. - Do không thể thay đổi được vị trí và hình dạng hình học của hạt mài trong đá mài nên việc điều khiển quá trình mài rất khó khăn. - Trong quá trình mài, đá mài có khả năng tự mài sắc một phần.
5 Bên cạnh các đặc điểm trên, khi gia công mài do tốc độ cắt cao, góc cắt lớn, góc trước âm nên mài có nhược điểm như: lực cắt và nhiệt cắt khi mài lớn, khả năng thoát phoi kém nên làm biến dạng cấu trúc mạng tinh thể và biến đổi các tính chất cơ lý của lớp vật liệu bề mặt gây ra hiện tượng cháy, nứt tế vi và ứng suất dư bề mặt. 1.1.3 Nhu cầu gia công vật liệu có độ cứng cao Hiện nay, cùng với theo sự phát triển của khoa học công nghệ, ứng dụng trong quốc phòng, an ninh, ngành công nghiệp nặng, đặc biệt là ngành cơ khí. Các loại vật liệu có độ cứng cao ngày càng được sử dụng rộng rãi, một trong các loại vật liệu được sử dụng làm khuôn nguội thông dụng nhất là vật liệu SKD11 nhiệt luyện với độ cứng 58-60 HRC. 1.3 Tình hình nghiên cứu về đá mài gián đoạn trên thế giới và trong nước 1.3.1 Nghiên cứu đá mài gián đoạn hay đá mài xẻ rãnh trên thế giới Theo các bằng sáng chế của tác giả [37] [38] đã nghiên cứu việc gắn các thanh mài lên đĩa mài. Các thanh mài có các hình dạng khác nhau như: hình lăng trụ, lục giác, vòng cung, lập phương, và các hình dạng khác được dính kết hoặc bắt vít lên trên bề mặt đá (Hình 1.4). Hình 1.3 Đá mài gián đoạn với các thanh mài (a) hình lăng trụ (b) hình lục giác[37][38] Hình 1.4 Một số hình dạng cơ bản của đá mài (a) bàn cờ, so le, chéo, và hình V và (b) so le, chéo, đối xứng và song song;(c) có khoảng cách cắt chân (d) hình côn[26] Tác giả J.C. Aurich, B. Kirsch[23] cũng cho thấy đá mài xẻ rãnh có khả năng giảm nhiệt tốt hơn so với các đá mài thường dưới các điều kiện gia công cụ thể.
6 Hình dạng của đá mài xẻ rãnh được các nhà khoa học và các học giả trên thế giới nghiên cứu là các loại đá có gắn các thanh mài lên trên đĩa mài. Hình 1.6 Hình ảnh đá mài xẻ rãnh trên thế giới nghiên cứu[27] 1.3.2 Đá mài xẻ rãnh do Việt Nam đang nghiên cứu Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các nhà khoa học của Việt Nam cũng đã nghiên cứu để khắc phục các nhược điểm của đá mài truyền thống. Có thể nói, đây là bước tiến đáng kể trong việc cải thiện hình dáng của đá mài truyền thống, đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu của các học giả trong nước đã đề cập đến loại đá mài xẻ rãnh và cũng đưa ra được các kết luận về tính ưu việt của loại đá mài này so với đá mài truyền. Hình 1.4 Hình ảnh đá mài xẻ rãnh thực Kết luận chương 1 1. Nghiên cứu khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam là hướng nghiên cứu cần thiết để đánh giá tính ưu việt của loại đá này so với đá ruyền thống. Các kết quả nghiên cứu trên thế giới và trong nước những năm gần đây đã khẳng định được khả năng giảm nhiệt cắt và lực cắt của đá xẻ rãnh so với đá truyền thống khi mài. 2. Đã có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của thông số công nghệ đến lực cắt, nhiệt cắt khi mài bằng đá mài xẻ rãnh [21] [33] [35]... Tuy nhiên, các nghiên cứu trên chỉ nghiên cứu đơn mục tiêu trên đá mài xẻ rãnh có các thanh mài gắn trên đĩa mài và đá mài xẻ rãnh thẳng do Việt Nam sản xuất trong quá trình mài phẳng. Chưa có công trình nào nghiên cứu ảnh hưởng của các chỉ tiêu riêng biệt, ảnh hưởng tổng hợp của các chỉ tiêu và giải bài toán tối ưu đa mục tiêu trong quá trình mài phẳng bằng đá mài xẻ rãnh. 3. Thép SKD11 là loại thép được dùng phổ biến làm khuôn dập nguội. Nghiên cứu về khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh chế tạo thử nghiệm với mác thép này sẽ có ý nghĩa về khoa học và thực tiễn phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam.
7 Chương 2 Cơ sở lý thuyết của quá trình mài phẳng 2.1. Các thông số công nghệ khi mài phẳng Mài là một quá trình rất phức tạp và kết quả của quá trình phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. sơ đồ dưới đây phân tích sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các đại lượng đầu vào, đại lượng trung gian và đại lượng đầu ra. Quan hệ giữa các thông số đầu vào và các thông số đầu ra của quá trình mài được mô tả hình 2.2 dưới đây. Hình 2.2 Sơ đồ các đại lượng trong quá trình mài phẳng Kết quả mài phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: máy, chi tiết gia công, đá mài, chế độ công nghệ,.... Các thông số đầu vào là nguyên nhân gây ra các hiện tượng xảy ra trong quá trình mài như: lực cắt, nhiệt cắt, rung động, mòn đá. 2.2 Chất lượng chi tiết gia công 2.2.1 Độ nhám bề mặt chi tiết gia công; 2.2.2 Sai số kích thước chi tiết gia công - Ảnh hưởng của lực cắt; Ảnh hưởng của nhiệt độ cắt 2.3 Rung động khi mài Kết luận chương 2 1. Đã xây dựng được sơ đồ mối quan hệ phụ thuộc của các đại lượng trong quá trình mài. Từ phân tích các yếu tố thông số công nghệ ảnh hưởng đến lực cắt, nhiệt cắt, rung động và thông số đầu ra là chất lượng chi tiết gia công và năng suất gia công. 2. Các thông số đầu vào để đánh giá khả năng cắt của đá mài gồm có: Bước tiến dao dọc (Sd), chiều sâu cắt (t) và số lượng rãnh (Z) với các thông số đầu ra độ nhám, độ phẳng bề mặt chi tiết gia công, sai lệch kích thước, độ song song, năng suất gia công và các chỉ tiêu khác như nhiệt cắt, lực cắt, rung động khi mài phẳng chi tiết SKD11 nhiệt luyện bằng đá mài xẻ rãnh nghiêng trên mặt đá. Chương 3 Các chỉ tiêu và phương pháp đánh giá khả năng cắt của xẻ rãnh khi mài phẳng 3.1 Quá trình nghiên cứu đánh giá khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh Để thực hiện mục đích nghiên cứu đã đặt ra:
8 - Đánh giá khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh nghiêng chế tạo tại Việt Nam khi gia công vật liệu có độ cứng cao, tác giả đánh giá qua chất lượng chi tiết gia công (thông qua chỉ tiêu sai lệch về độ phẳng, độ nhám bề mặt, lực cắt, nhiệt cắt, rung động) và năng suất gia công thông qua việc bóc tách nguyên vật liệu. - Thực hiện quy hoạch với 6 mục tiêu cho quá trình mài phẳng bằng đá mài xẻ rãnh khi mài phẳng vật liệu SKD11 nhiệt luyện theo phương pháp Taguchi sử dụng hàm tổn thất với mục tiêu cực tiểu hóa hoặc cực đại giá trị đặc trưng và phân tích phương sai (ANOVA), để tìm chế độ cắt tối ưu cục bộ, tối ưu tổng hợp và tối ưu đa mục tiêu đảm bảo chất lượng chi tiết và năng suất gia công. Quá trình nghiên cứu của luận án được thực hiện theo sơ đồ 3.1 như sau: Hình 3.1 Sơ đồ quá trình thí nghiệm của luận án 3.3 Khái quát về các phương pháp đánh giá [7] Để đánh giá tính cắt gọt của đá mài thường người ta sử dụng một hay một số chỉ tiêu có ý nghĩa nhất đối với điều kiện gia công đã định, ví dụ như: tỷ lệ giữa lượng bóc vật liệu và lượng mòn của đá, công suất mài và lực cắt khi mài, độ nhám bề mặt sau khi mài…Đá mài có tính cắt gọt tốt khi có lực cắt nhỏ, nhiệt cắt nhỏ, công suất cắt nhỏ, lượng mòn của đá ít nhưng khả năng bóc tách vật liệu và chất lượng gia công cao. Trong những năm gần đây việc nghiên cứu tính chất của dụng cụ mài đã đạt được những kết quả nhất định. Theo các tài liệu đã được công bố người ta có thể dùng các đại lượng sau để đánh giá khả năng cắt của đá mài. - Chế độ cắt; Các đại lượng vật lý; Các đại lượng chất lượng bề mặt. 3.4 Cơ sở đánh giá khả năng cắt của đá mài Đánh giá khả năng cắt có thể tiến hành trên cơ sở của một số hiện tượng cơ, lý thích hợp được chọn thí dụ như : mật độ lớp hạt mài, độ lớn của lực, sóng và chất lượng bề mặt gia công. Tiêu chuẩn được coi là lý tưởng là tiêu chuẩn bao hàm được tất cả các thông số cơ bản của quá trình công nghệ mài, chẳng hạn khả cắt của đá mài là bao hàm của tuổi bền của đá, tốc độ mài, tốc độ chi tiết, tốc độ tiến dao, phương pháp mài và độ cứng vững của hệ thống công nghệ… Sự đánh giá đó có thể tiến hành bằng cách đo trực tiếp hoặc bằng sự so sánh với các thông số, ví dụ như tỷ lệ mài (tỷ lệ giữa thể tích vật liệu bóc được với thể tích đá mài tiêu hao) các thông số về
9 hiệu quả quá trình mài như hệ số mài, năng lượng cần thiết để bóc đi một đơn vị khối lượng vật liệu, độ mòn và tuổi bền của đá, hiệu suất mài. 3.5 Các chỉ tiêu đánh giá khả năng cắt của đá Chỉ tiêu tỷ lệ mài; Năng suất mài; Thể tích vật liệu được bóc trên một đơn vị công suất; Khả năng cắt khi mài; Đánh giá bằng năng lượng tiêu hao riêng của đá; Đánh giá bằng đặc tính cắt của đá 3.6 Đánh giá khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh nghiêng chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam Từ các phân tích ở trên và mục tiêu của luận án tác giả đưa ra các bài toán tối ưu cục bộ sau: - Bài toán về cực tiểu hóa sai lệch độ phẳng bề mặt gia công - Bài toán về cực tiểu hóa độ nhám - Bài toán về cực tiểu hóa nhiệt phát sinh trong quá trình mài - Bài toán về cực tiểu hóa lực cắt trong quá trình mài - Bài toán về cực tiêu hóa rung động - Bài toán về cực đại năng suất mài. - Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng tổng hợp của các thông số đến khả năng cắt của đá mài gián đoạn. - Đánh giá tối ưu đa mục tiêu Kết luận chương 3 Trong chương này, tác giả đã phân tích các chỉ tiêu và phương pháp đánh giá khả năng cắt của đá mài của các nhà nghiên cứu khoa học, tác giả thấy rằng mỗi chỉ tiêu có mặt mạnh, mặt yếu và phạm vi ứng dụng khác nhau. Có tác giả đánh giá đặc tính cắt của đá mài theo chỉ tiêu lực cắt, chỉ tiêu nhiệt cắt, theo chỉ tiêu mòn của đá. Trong điều kiện hiện nay, tại Việt Nam để đánh giá khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam, tác giả đánh giá khả năng cắt theo hai tiêu chí là chất lượng chi tiết gia công thông qua sai lệch độ phẳng, độ nhám bề mặt, lực cắt, nhiệt cắt và rung động và năng suất gia công thông qua việc bóc tách nguyên vật liệu. Chương 4 Thực nghiệm xác định ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chất lượng bề mặt chi tiết gia công 4.1 Mục đích thực nghiệm Mục đích nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá khả năng cắt của đá mài gián đoạn chế tạo tại Việt nam khi mài phẳng vật liệu SKD11 nhiệt luyện, quá trình thực nghiệm được tiến hành như sau: - Thực nghiệm ảnh hưởng các thông số công nghệ (sd, t) và thông số kết cấu đá (Z) đến chỉ tiêu riêng biệt trong quá trình mài: Lực cắt, nhiệt cắt, rung động, sai lệch độ phẳng, độ nhám bề mặt và năng suất gia công - Từ các chỉ tiêu riêng biệt tác giả thực nghiệm chỉ tiêu tổng hợp để tìm ra bộ thông số tối ưu cục bộ để đánh giá lượng chi tiết gia công. - Từ các bộ thông số tối ưu cục bộ về độ nhám bề mặt, năng suất gia công tác giả thực nghiệm tối ưu hóa đa mục tiêu để tìm ra bộ tối ưu đa mục tiêu đáp ứng được yêu cầu về chất lượng bề mặt chi tiết gia công và năng suất gia công. 4.2 Thiết kế ma trận trực giao Việc lựa chọn ma trận được chỉ dẫn trong bảng thiết kế Taguchi (Ma trận trực giao) (bảng 4.1).
10 Bảng 4.1 Ma trận trực giao (OA) L9 Từ bảng (4.1) ta xét ma trận trong đó: 3 - Số thí nghiệm: 9. - Số thông số khảo sát: P1 , P2 , P3 và P4. - Các mức của các thông số: 1, 2 và 3. Bảng 4.3 Ma trận L9 Nếu ma trận được lựa chọn dựa trên số TN P1 P2 P3 P4 lượng các thông số và các mức bao gồm nhiều 1 1 1 1 1 thông số hơn được sử dụng trong thiết kế thí 2 1 2 2 2 nghiệm, bỏ qua các cột tham số bổ sung. Trong 3 1 3 3 3 ví dụ khảo sát, nếu một quá trình có 4 thông số 4 2 1 2 3 với 3 mức, ma trận L9 cần được lựa chọn theo 5 2 2 3 1 ma trận chỉ dẫn. Như có thể thấy dưới đây, ma 6 2 3 1 2 trận L9 có các cột cho 4 thông số (P1 - P4). 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1 4.3 Phân tích số liệu thực nghiệm[11] Thí nghiệm có giá trị tỷ số S/N cao nhất sẽ cho ra kết quả tối ưu ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu nhất. Tỷ số S/N dùng để xác định mức của đầu ra tối ưu. Tỷ số S/N của các kết quả đầu ra được tính như sau: Đối với trường hợp cực tiểu hóa đặc tính hiệu suất, cần phải tính toán xác định tỷ lệ S/N sau đây: (4.4) Đối với trường hợp cực đại hóa đặc tính hiệu suất, cần phải tính toán xác định tỷ lệ S/N sau đây:  1 Ni 1  S / N  10 log  2  (4.5)  N i u 1 yu  4.3.1 Phân tích phương sai Để thực hiện phân tích phương sai (ANOVA) cần xác định một số các thông số, từ thiết kế thực nghiệm đã được tiến hành theo phương pháp Taguchi ở trên và gồm có: Tổng các sai lệch bình phương cho toàn bộ mẫu: Tổng các sai lệch bình phương toàn bộ mẫu : SST  SS B  SSW    k nj (4.9) 2 SST  xij  x j (4.6) j 1 i 1 Tổng các sai lệch bình phương giữa các nhóm: Sai lệch bình phương trung bình trong   từng nhóm: k SS B   n j x j  x 2 (4.7) SSW j 1 MSW  (4.10) N k Tổng các sai lệch bình phương trong mỗi nhóm : Sai lệch bình phương trung bình giữa các
11     n nhóm:  1s nj k k SSW   xij  x j 2 2 (4.8) SS B i 1 j 1 j 1 j j MS B  (4.11) k 1 Trong đó: n - Tổng số thí nghiệm; k - Số các thông số nghiên cứu. 4.4 Thiết kế thực nghiệm theo phương pháp Taguchi mờ Ngoài các bước khi thực nghiệm theo phương pháp Taguchi, phân tích quan hệ Taguchi mờ có thêm một số nội dung liên quan đến phân tích quan hệ mờ, được tổng hợp như sau: Bước 1: Xây dựng CSDL thực nghiệm dưới dạng mảng trực giao; Bước 2: Phân tích quan hệ mờ (Grey Relational Analysis – GRA); Bước 3: Tối ưu hóa bằng phương pháp Taguchi dựa trên quan hệ mờ; Bước 4: Kiểm chứng kết quả tính bằng thực nghiệm. 4.5 Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng các thông số Sd,t, Z đến sai lệch độ phẳng, độ nhám, lực cắt, nhiệt cắt, rung động và bóc tách vật liệu gia công Luận án tiến hành 06 thực nghiệm, chia làm 4 giai đoạn: - Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng các thông số công nghệ (Sd, t) và thông số hình học đá( Z) đến chỉ tiêu riêng biệt: sai lệch độ phẳng; độ nhám; lực cắt; nhiệt độ cắt; rung động và năng suất gia công. - Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng các thông số công nghệ (Sd, t) và thông số hình học đá( Z) đến chỉ tiêu tổng hợp chất lượng chi tiết gia công. - Thực nghiệm kiểm chứng chất lượng chi tiết gia công qua chỉ tiêu: Độ nhám, sai lệch độ phẳng, sai lệch kích thước chiều cao, sai lệch độ song song. - Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng các thông số công nghệ (Sd, t) và thông số hình học đá( Z) đến tối ưu đa mục tiêu. 4.5.4 Lựa chọn chế độ công nghệ Các thông số thông số công nghệ gồm chiều sâu cắt, lượng chạy dao dọc và số rãnh của đá được lựa chọn phụ thuộc vào thiết bị, dụng cụ, vật liệu gia công được khảo sát tại một số công ty cơ khí, tác giả tiến hành xây dựng bộ thông số thí nghiệm như sau: - Vận tốc cắt: v = 26 m/s. - Chiều sâu cắt t (mm/htk), Sd (m/ph) được cho như bảng 4.5 - Sng = 5m/ph Bảng 4.5 Giá trị thông số Sd, t,Z Đối với trường hợp Cực tiểu hóa trong quá Các Sd t Z ố nh) trình mài, cần phải tính toán tỷ lệ tín hiệu nhiễu mức (m/ph) (mm) Z13 Z23 S/N theo công thức (4.4) Thấp 12 0.02 0 0 Đối với trường hợp Cực đại hóa trong quá Trung 18 trình mài, cần phải tính toán tỷ lệ tín hiệu nhiễu 15 0.05 20 S/N theo công thức (4.5). bình Cao 20 0.07 24 22 Bảng 4.6 Ma trận thực nghiệm theo phương pháp Taguchi Z ố r nh) Thí nghiệm số Sd (m/ph) t (mm) Z13 Z23 1 12 0.02 0 0 2 12 0.05 18 20 3 12 0.07 24 22 4 15 0.02 18 20 5 15 0.05 24 22 6 15 0.07 0 0 7 20 0.02 24 22 8 20 0.05 0 0 9 20 0.07 18 20
12 4.6Thực nghiệm đánh giá theo các chỉ tiêu riêng biệt 4.6.1 Chỉ tiêu sai lệch độ phẳng Bảng 4.7 Dữ liệu đo và kết quả tính toán sai lệch độ phẳng Sd Z số rãnh  1 (mm)  2 (mm)  3 (mm)  (mm) η = /N Số t m TN /ph mm 13 23 13 23 13 23  13  23 Z13 Z23 S/N13 S/N23 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 1 12 0.02 0 0 0.0051 0.0075 0.0038 0.0068 0.0078 0.0078 0.0056 0.0074 44,7 42.64 2 12 0.05 18 20 0.0042 0.0035 0.0044 0.0039 0.0047 0.0042 0.0044 0.0039 47,06 48.23 3 12 0.07 24 22 0.0074 0.0053 0.0075 0.0064 0.0078 0.0071 0.0076 0.0063 42,42 43.99 4 15 0.02 18 20 0.0121 0.0054 0.0049 0.007 0.0064 0.006 0.0078 0.0061 41,52 44.19 5 15 0.05 24 22 0.0088 0.0086 0.0097 0.0091 0.0086 0.0097 0.0090 0.0091 40,87 40.77 6 15 0.07 0 0 0.0102 0.0102 0.0084 0.0096 0.0102 0.0102 0.0096 0.0100 40,32 39.99 7 20 0.02 24 22 0.0090 0.0081 0.0058 0.0079 0.0104 0.0076 0.0084 0.0079 41,29 42.08 8 20 0.05 0 0 0.0124 0.0093 0.0084 0.0084 0.0127 0.0011 0.0112 0.0063 38,91 42.77 9 20 0.07 18 20 0.0114 0.0105 0.0151 0.0106 0.0136 0.0102 0.0134 0.0104 37,42 39.63 4.3.1.2 Phân tích kết quả theo phương sai ANOVA [28] Từ các số liệu thực nghiệm đo trong bảng 4.7 (bảng 1- phụ lục), sử dụng chương trình tính toán phân tích phương sai (xem phụ lục 1) tính được giá trị phương sai (bảng 4.8). Bảng 4.8 Phân tích phương sai ANOVA sai lệch độ phẳng Biến thiên F SS MS C (%) Yếu tố P1 2 289.99 144.99 88.89 Yếu tố P2 2 5.62 2.81 1.72 Yếu tố P3 2 0.64 0.32 0.20 Tương tác P1xP2 4 25.20 6.3 7.72 Tương tác P1xP3 4 1.09 0.27 0.34 Tương tác P2xP3 4 0.94 0.23 0.29 Tương tácP1xP2xP3 8 2.76 0.34 0.84 Tổng cộng 26 326.24 155.26 100 Đồ thị thực nghiệm Hình 4.10a. Đồ thị ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi lượng chạy dao đến sai lệch độ phẳng Hình 4.10b. Đồ thị ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi chiều sâu cắt đến sai lệch độ phẳng Hình 4.10c Đồ thị ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi số rãnh đá mài đến sai lệch độ phẳng Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến sai lệch độ phẳng: Theo phân tích ANOVA của sai lệch độ phẳng được thể hiện ở Bảng 4.8. Từ kết quả ANOVA cho thấy thông số lượng chạy dao (88.89%), các tương tác cặp (7.72%) có yếu tố của lượng chạy dao sẽ ảnh hưởng nhiều nhất đến sai lệch độ phẳng. Còn chiều sâu cắt và số rãnh sẽ tác động ít hơn đến sai lệch độ phẳng. Đặc điểm ảnh hưởng: Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số Sd , t và Z đến sai lệch độ phẳng trong miền khảo sát như sau:
13 Hình 4.11 Đồ thị 3D ảnh hưởng của các thông số đến sai lệch độ phẳng Từ số liệu thu được qua tính toán có phương trình : Δ = e-14.3 .S1.35 .t0.236.Z2.11 (4.9) 4.6.2 Chỉ tiêu độ nhám bề mặt Bảng 4.9 Dữ liệu đo và kết quả tính toán tỷ lệ S/N chỉ tiêu độ nhám Số Sd t Z Ra1 (µm) Ra 2 (µm) Ra 3 (µm) Ra (µm)  i =S/Ni m TN mm số rãnh Ra11 Ra12 Ra21 Ra22 Ra13 Ra23 Ra Ra S/N13 S/N23 /ph 1 12 0.02 0 0 0.71 0.71 0.76 0.76 0.78 0.78 0.75 0.75 2.49 2.49 2 12 0.05 18 20 1.26 0.89 1.20 0.94 1.23 0.91 1.23 0.91 -1.79 0.79 3 12 0.07 24 22 1.32 1.34 1.38 1.29 1.39 1.31 1.36 1.31 -2.69 -2.37 4 15 0.02 18 20 1.24 0.64 1.19 0.63 1.18 0.66 1.20 0.64 -1.61 3.83 5 15 0.05 24 22 1.24 1.21 1.27 1.25 1.28 1.27 1.26 1.24 -2.03 -1.89 6 15 0.07 0 0 0.95 0.95 0.98 0.98 1.02 1.02 0.98 0.98 0.14 0.14 7 20 0.02 24 22 1.18 1.21 1.21 1.24 1.25 1.25 1.21 1.23 -1.68 -1.82 8 20 0.05 0 0 0.92 0.92 0.87 0.87 1.01 1.01 0.93 0.93 0.58 0.58 9 20 0.07 18 20 1.23 1.23 1.25 1.26 1.19 1.25 1.22 1.25 -1.75 -1.92 Từ các số liệu thực nghiệm đo trong bảng 4.10 và công thức tính phương sai (bảng 1- phụ lục), sử dụng chương trình tính toán phân tích phương sai (xem phụ lục 1) tính được giá trị phương sai (bảng 4.10). Bảng 4.10 Phân tích phương sai ANOVA số liệu độ nhám Biến thiên F SS MS C (%) Yếu tố P1 2 0.08 0.04 46.24 Yếu tố P2 2 0.006 0.0033 3.47 Yếu tố P3 2 0.007 0.0036 4.05 Tương tác P1xP2 4 0.02 0.0044 11.56 Tương tác P1xP3 4 0.02 0.01 11.56 Tương tác P2xP3 4 0.01 0.0025 5.78 Tương tác P1xP2xP3 8 0.03 0.0036 17.34 Tổng cộng 26 0.173 - 100 Đồ thị thực nghiệm Hình 4.13a Đồ thị ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt
14 Hình 4.13b Đồ thị ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt Hình 4.13c Đồ thị ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi số rãnh đá mài đến độ nhám bề mặt Trong quá trình thực nghiệm, không phải loại đá mài gián đoạn nào cũng có chất lượng bề mặt Ra tốt hơn so với đá mài truyền thống.Tuy nhiên, giá trị độ nhám Ra nhỏ nhất khi đá có tỷ lệ gián đoạn = 18.19, tức là đá có số rãnh Z = 20 (rãnh). Kết quả thực nghiệm này cho kết quả giống[8] . Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến độ nhám: Từ kết quả ANOVA cho thấy thông số lượng chạy dao (46,24%), các tương tác cặp (11,56%) , tương tác 3 (17,34%) có yếu tố của lượng chạy dao sẽ ảnh hưởng nhiều nhất đến độ nhám. Còn chiều sâu cắt và số rãnh sẽ tác động ít hơn đến chỉ tiêu độ nhám. Đặc điểm ảnh hưởng: Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số Sd , t và Z đến độ nhám trong miền khảo sát như sau: Hình 4.14 Đồ thị 3D ảnh hưởng của các thông số đến độ nhám Từ kết quả tính toán có phương trình: Ra = e-11.2 .S0.578.t0.347.Z3.53 (4.10) 4.3.3 Chỉ tiêu lực cắt Bảng 4.11 Dữ liệu đo và kết quả tính toán tỷ lệ S/N chỉ tiêu lực cắt P1 F1 F2 F3  i =S/Ni Số P2 P3 m TN mm số rãnh F11 F12 F21 F22 F31 F32 F13 F23 S/N13 S/N23 /ph 1 12 0.02 0 0 14,36 14,36 15,09 15,09 16,65 16,65 15,44 15,44 -23,79 -23.79 2 12 0.05 18 20 16,03 16,06 19,08 18,15 18,13 17,98 17,75 17,40 -25,04 -24.8 3 12 0.07 24 22 15,96 16,29 20,36 20.74 15,69 14,67 17,34 15,62 -24,84 -23.76 4 15 0.02 18 20 11,36 10,09 11,58 9,2 10,63 8,98 11,19 9,42 -20,98 -19.49 5 15 0.05 24 22 16,35 15,23 16,98 17.62 15,46 13.26 16,26 14,35 -24,23 -23.15 6 15 0.07 0 0 20,98 20,98 21.59 21.59 23,28 23,28 22,34 22,34 -26.99 -26.99 7 20 0.02 24 22 14,36 13,25 15,21 13.67 11,76 11,98 13,78 13,2 -22,83 -22.43 8 20 0.05 0 0 17,68 17,68 18.62 18.62 15,67 15,67 16.65 16,65 -24.44 -24.44 9 20 0.07 18 20 17,09 16,47 19,35 20.62 16,98 17,68 17,81 16,90 -25,03 -24.56 Từ các số liệu thực nghiệm đo (bảng 4.12) và công thức tính phương sai (bảng 1- phụ lục), sử dụng chương trình tính toán phân tích phương sai (xem phụ lục 1)tính được giá trị phương sai (bảng 4.12). Bảng 4.12 Phân tích phương sai ANOVA cho lực cắt P (N)
15 Biến thiên F SS MS C (%) Yếu tố P1 2 80.36 493.34 59.52 Yếu tố P2 2 5.39 94.46 3.99 Yếu tố P3 2 28.69 7.95 21.25 Tương tác P1xP2 4 9.64 98.83 7.16 Tương tác P1xP3 4 2.79 0.90 2.06 Tương tác P2xP3 4 1.56 9.37 1.15 Tương tác P1xP2xP3 8 6.58 0.51 4.87 Tổng cộng 80 135.01 - 100 Đồ thị thực nghiệm Hình 4.20a Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi chiều lượng chạy dao đến lực cắt khi mài vật liệu SKD11 nhiệt luyện bằng đá mài xẻ rãnh chế tạo thử nghiệm Hình 4.20b Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi chiều sâu cắt đến lực cắt khi mài vật liệu SKD11nhiệt luyện bằng đá mài xẻ rãnh chế tạo thử nghiệm Hình 4.20c Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi số rãnh đá mài đến lực cắt khi mài vật liệu S nhiệt luyện bằng đá mài xẻ rãnh chế tạo thử nghiệm Đặc điểm ảnh hưởng: Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số Sd , t và Z đến lực cắt trong miền khảo sát như sau: Hình 4.21 Đồ thị 3D ảnh hưởng của các thông số đến lực cắt Từ kết quả tính toán có phương trình: P = e2.65 .S0.134.t0.335.Z0.23 (4.11) 4.6.4 Chỉ tiêu nhiệt sinh ra khi mài Để cực tiểu hóa nhiệt độ, giá trị tỷ lệ tín hiệu nhiễu  bằng tỷ lệ S/N được tính toán theo công thức (4.1) và được chỉ dẫn trong bảng 4.13. Bảng 4.13 Dữ liệu đo và kết quả tính toán tỷ lệ S/N chỉ tiêu nhiệt cắt Z T Số Sd t T1 T2 T3  i =S/N T m số rãnh m/ph N m P13 P23 T13 T23 T13 T23 T13 T23 T13 T23  i 13  i 23
16 1 12 0.02 0 0 76.59 74.26 75.63 75.63 73.98 76.49 75.40 75.46 -37.55 -37.55 2 12 0.05 18 20 58.23 77.15 62.87 76.32 65.06 75.03 62.05 76.17 -35.86 -37.63 3 12 0.07 24 22 78.16 81.23 81.23 83.26 83.26 85.19 80.88 83.23 -38.16 -38.42 4 15 0.02 18 20 64.32 76.54 67.19 77.61 68.05 78.34 66.52 77.50 -36.46 -37.78 5 15 0.05 24 22 78.24 79.98 79.26 81.34 79.98 82.01 79.16 81.11 -37.97 -38.18 6 15 0.07 0 0 75.09 75.36 77.09 77.09 78.69 78.59 76.96 77.01 -37.72 -37.73 7 20 0.02 24 22 81.25 78.29 83.37 79.38 84.04 81.47 82.89 79.71 -38.37 -38.03 8 20 0.05 0 0 74.16 75.19 76.68 76.68 77.78 77.68 76.21 76.52 -37.64 -37.68 9 20 0.07 18 20 80.89 77.15 82.23 78.09 82.92 79.54 82.01 78.26 -38.27 -37.87 4.6.4.2 Phân tích phương sai ANOVA [42] Từ bảng 4.13, tác giả thấy rằng bộ chỉ tiêu tối ưu cục bộ thứ 2 có giá trị tỷ lệ S/ N: 12  35.86  21  37.55 . Vậy bộ thông số tối ưu cục bộ là:t = 0.05(mm); Sd= 12 (m/ph); Z = 18 (rãnh). Từ các số liệu thực nghiệm đo (bảng 4.13) và tính được giá trị phương sai (bảng 4.14). Bảng 4.14 Phân tích phương sai ANOVA nhiệt cắt Biến thiên F SS MS C (%) Yếu tố P1 2 874.88 437.44 83.6 Yếu tố P2 2 108.53 54.26 10.37 Yếu tố P3 2 43.42 21.71 4.15 Tương tác P1x P2 4 0.37 0.09 0.035 Tương tác P1x P3 4 4.17 1.04 0.40 Tương tác P2x P3 4 7.14 1.79 0.68 Tương tác P1xP2x P3 8 7.98 1 0.765 Tổng cộng 26 1.046,49 100 Từ bảng 4.14, xây dựng đồ thị thực nghiệm Hình 4.24a Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi lượng chạy dao đến nhiệt sinh ra khi mài Hình 4.24b Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi chiều sâu cắt đến nhiệt sinh ra khi mài Hình 4.24c Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi số rãnh đá mài đến nhiệt sinh ra khi mài Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số Sd , t và Z đến nhiệt cắt trong miền khảo sát như sau:
17 Hình 4.25 Đồ thị 3D ảnh hưởng của các thông số hệ thống công nghệ đến nhiệt cắt Từ kết quả tính toán, có phương trình: T= e-1.21.S0.382.t0.0942.Z1.57 (4.12) 4.3.5 Chỉ tiêu rung động tạo ra khi mài 4.3.5.1 Tính toán kết quả thực nghiệm theo phương pháp Taguchi Để cực tiểu hóa rung động khi mài, giá trị tỷ lệ tín hiệu nhiễu  bằng tỷ lệ S/N được tính toán theo công thức [4.4] và được chỉ dẫn trong bảng 4.15 Bảng 4.15 Dữ liệu đo và kết quả tính toán tỷ lệ S/N chỉ tiêu rung động 2 Số g1(m/s2) g2(m/s2) g3(m/s2) g (m/s ) η = S/N TN Sd t Z m/ph mm số rãnh g13 g 23 g13 g23 g13 g23 g13 g23 S/N13 S/N23 1 12 0.02 0 0 0.51 0.51 0.56 0.56 0.58 0.58 0.55 0.55 5.18 5.18 2 12 0.05 18 20 1.14 0.35 1.16 0.37 1.19 0.38 1.16 0.37 -1.32 8.71 3 12 0.07 24 22 0.98 1.72 1.01 1.69 1.11 1.68 1.03 1.70 -0.3 -4.59 4 15 0.02 18 20 0.92 0.26 0.96 0.21 1.02 0.24 0.97 0.24 2.9 12.48 5 15 0.05 24 22 1.12 0.83 1.15 0.81 1.17 0.86 1.15 0.83 -1.2 1.58 6 15 0.07 0 0 0.68 0.68 0.71 0.71 0.76 0.76 0.72 0.72 2.9 2.9 7 20 0.02 24 22 0.87 1.98 0.85 2.01 0.81 2.04 0.84 2.01 1.48 -6.01 8 20 0.05 0 0 0.63 0.63 0.65 0.65 0.69 0.69 0.66 0.66 3.65 3.65 9 20 0.07 18 20 1.29 0.36 1.34 0.38 1.36 0.41 1.33 0.38 -2.48 8.3 4.6.6.2. Phân tích phương sai ANOVA rung động Từ bảng 4.15 ta có giá trị tỷ lệ tín hiệu nhiễu S/N của 2 lần tính toán khi so sánh 2 bộ chỉ tiêu tối ưu cục bộ khi thay đổi lượng chạy dao, chiều sâu cắt và số rãnh. Ta thấy rằng bộ chỉ tiêu tối ưu cục bộ thứ 2 có giá trị tỷ lệ S/N: 24  12,48  21  5,18 . Vậy bộ thông số tối ưu cục bộ là Sd = 15m/ph; t = 0,02mm; Z = 20 (rãnh). Bảng 4.16 Phân tích phương sai ANOVA rung động Biến thiên F SS MS C (%) Yếu tố P1 2 2,35 1,18 99,07 Yếu tố P2 2 0,01 0,001 0,422 Yếu tố P3 2 0,001 0,003 0,044 Tương tác P1xP2 4 0,004 0,001 0,168 Tương tác P1xP3 4 0,001 0,002 0,044 Tương tác P2xP3 4 0,004 0,001 0,168 Tương tácP1xP2xP3 8 0,002 0,002 0,084 Tổng cộng 26 2,372 1,19 100 Từ bảng 4.15, tác giả xây dựng được biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của giá trị trung bình tỷ lệ tín hiệu nhiễu S/N (hình 4.27a, 4.27b và 4.27c). Hình 4.28a Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi lượng chạy dao đến rung động Hình 4.28b Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi số rãnh đá mài đến rung động Hình 4.28c Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi chiều sâu cắt đến rung động
18 Qua tính toán tỷ lệ tín hiệu nhiễu η bằng tỷ lệ S/N, từ bảng 4.14 thấy rằng thí nghiệm thứ 4 mà thông số công nghệ gồm Sd = 15(m/ph), t = 0,02 (mm) và Z = 20 (rãnh) có giá trị 22  12,48 lớn nhất, nghĩa là tác động của thí nghiệm này đến rung động khi mài nhiều nhất và ổn định nhất, đồng thời giá trị rung động cũng nhỏ nhất g = 0,24 m/s2. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số Sd , t và Z đến rung động trong miền khảo sát như sau: Hình 4.28 Đồ thị 3D ảnh hưởng của các thông số hệ thống công nghệ đến rung động Từ kết quả tính toán ta có phương trình: g= e-48.3.S0.36.t0.087.Z15.5 (4.13) 4.6.6 Chỉ tiêu năng suất gia công 4.6.6.1 Tính toán kết quả thực nghiệm theo phương pháp Taguchi Để cực tiểu hóa độ nhám bề mặt, giá trị tỷ lệ tín hiệu nhiễu  bằng tỷ lệ S/N được tính toán theo công thức [4.2] và được chỉ dẫn trong bảng 4.17 Bảng 4.17 Dữ liệu đo và kết quả tính toán tỷ lệ S/N chỉ tiêu năng suất Số Sd t Z i  S / N Q1(mm3 /s) Q2(mm3 /s) Q3(mm3 /s) Q (mm3 /s) T m/p mm số rãnh N h Z13 Z23 13 23 13 23 13 23 Q13 Q23  13  23 1 12 0.0 0 0 0.68 0.68 0.55 0.55 0.69 0.69 0.64 0.64 5,47 5,47 2 12 0.05 18 20 1.43 1.01 1.27 1.00 1.22 0.81 1.31 0.94 11,88 9,05 3 12 0.07 24 22 1.66 1.79 1.78 1.87 1.58 1.88 1.67 1.85 14,03 14,87 4 15 0.02 18 20 1.73 0.65 1.04 0.71 1.26 0.69 1.34 0.68 12,3 6,24 5 15 0.05 24 22 2.41 2.54 2.06 2.88 2.06 2.43 2.18 2.62 16,32 17,92 6 15 0.07 0 0 3.05 3.05 3.13 3.13 2.95 2.95 3.04 3.05 19,21 19,21 7 20 0.02 24 22 1.28 1.52 1.40 1.78 1.31 1.75 1.33 1.68 12,03 14,09 8 20 0.05 0 0 2.83 2.83 4.15 4.15 3.80 3.80 3.59 3.59 20,76 20,76 9 20 0.07 18 20 4.88 4.02 6.20 3.89 5.25 4.45 5.44 4.12 24,31 21,85 4.6.6.2 Phân tích phương sai ANOVA [28] Từ các số liệu thực nghiệm đo (bảng 4.18) và công thức tính phương sai (bảng 1- phụ lục), sử dụng chương trình tính toán phân tích phương sai (xem phụ lục 1) tính được giá trị phương sai (bảng 4.18).
19 Bảng 4.18 Phân tích phương sai ANOVA năng suất Biến thiên F SS MS C (%) Yếu tố P1 2 70,69 35,34 93,52 Yếu tố P2 2 0,31 0,16 0,41 Yếu tố P3 2 0,03 0,01 0,039 Tương tác P1xP2 4 4,36 1,09 5,77 Tương tác P1xP3 4 0,04 0,01 0,05 Tương tác P2xP3 4 0,05 0,01 0,067 Tương tác P1xP2xP3 8 0,11 0,01 0,144 Tổng cộng 26 75,59 36,63 100 Từ bảng 4.19, tác giả xây dựng được đồ thị thực nghiệm (hình 4.31a, b và c). Hình 4.31a Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi lượng chạy dao đến năng suất gia công Hình 4.31b Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi chiều sâu cắt đến năng suất gia công Hình 4.31c Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi số rãnh đá mài đến năng suất gia công Mức độ ảnh hưởng của các thông số: lượng chạy dao (93,52%), các tương tác cặp (5,77%) có yếu tố của lượng chạy dao sẽ ảnh hưởng nhiều nhất đến năng suất khi mài. Còn chiều sâu cắt và số rãnh sẽ tác động ít hơn đến năng suất gia công. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số Sd , t và Z đến năng suất trong miền khảo sát như sau: Hình 4.32 Đồ thị 3D ảnh hưởng của các thông số Sd , t và Z đến năng suất Từ kết quả tính toán ta có phương trình: Qw= e5.37.S1.86.t0.807.Z-2.38 (4.14) Nhận xét chung Qua thực nghiệm 6 mục tiêu trên tác giả thấy rằng: đối với thực nghiệm 5 bài toán cực tiểu các thông số nghiên cứu gồm sai lệch về độ phẳng, độ nhám bề mặt, lực cắt, rung động và nhiệt sinh ra trong quá trình mài để đánh giá khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh gồm (bảng 4.19): Nhận xét đối với bài toán cực tiểu Số thông số ảnh hưởng: 3 (s, t , Z) Số mức ảnh hưởng: 2 (s = 12; 15 m/ph); (t = 0,02; 0,05 mm); (Z = 18; 20 rãnh)
20 Bảng 4.19 Tổng hợp bộ thông số tối ưu cục bộ theo chỉ tiêu riêng biệt Thông số công nghệ có giá trị tối ưu cục bộ STT Bài toán cực tiểu s (m/ph) t (mm) Z(rãnh) 1 Độ nhám 15 0.02 20 2 Độ phẳng 12 0.05 20 3 Lực cắt 15 0.02 20 4 Nhiệt 15 0.02 18 5 Rung 15 0.02 20 Bài toán năng suất 6 Năng suất 20 0.07 18 4.7 Thực nghiệm đánh giá theo chỉ tiêu tổng hợp Phương pháp tiến hành thực nghiệm được tiến hành theo quy trình công nghệ gồm các bước: 1. Chế độ công nghệ tối ưu cục bộ (bảng 4.20); 2. Mẫu thí nghiệm; 3. Sửa đá mài bằng dụng cụ kim cương; 4. Gia công mặt chuẩn; 5. Gia công lần lượt 9 mẫu với ba chế độ tối ưu cục bộ và 6. Đo các thông số về chỉ tiêu chất lượng của chi tiết gia công Bảng 4.20 Giá trị thông số công nghệ kiểm chứng Lượng chạy dao Chiều sâu cắt Số r nh đá mài Số thứ tự s (m/ph) t (mm) Z 1 15 0.02 18 2 12 0,05 20 3 15 0.02 20 Bảng 4.21 Kết quả sai lệch kích thước về chiều cao Chế độ cắt Kích thước chiều cao Trung Trung bình s Mẫu t Z bình các mẫu (m/ph Lần 1 Lần 2 Lần 3 (mm) (rãnh) (mm) (mm) ) 1 15 0.02 18 24.713 24.712 24.719 24.715 2 15 0.02 18 24.705 24.707 24.713 24.708 24.708 3 15 0.02 18 24.710 24.678 24.715 24.701 4 12 0.05 20 24.679 24.678 24.683 24.680 5 12 0.05 20 24.677 24.675 24.681 24.678 24.679 6 12 0.05 20 24.677 24.674 24.683 24.678 7 15 0.02 20 24.731 24.726 24.733 24.730 8 15 0.02 20 24.49 24.718 24.725 24.644 24.701 9 15 0.02 20 24.728 24.725 24.730 24.728 Bảng 4.22 Kết quả đo sai lệch về độ phẳng Chế độ cắt Sai lệch về Mẫu Trung bình Sd (m/ph) t (mm) Z (rãnh) độ phẳng Δ (mm) 1 15 0.02 18 0.0068 2 15 0.02 18 0.0079 0.0082 3 15 0.02 18 0.0082 4 12 0.05 20 0.0080 5 12 0.05 20 0.0078 0.0080 6 12 0.05 20 0.0081 7 15 0.02 20 0.0119 8 15 0.02 20 0.0095 0.0101 9 15 0.02 20 0.0089 Bước 3. Đo sai lệch về độ song song Bảng 4.23 Kết quả đo sai lệch về độ song song