Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu nâng cao độ chính xác profile răng của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng bằng cách điều chỉnh độ đảo hướng kính và dùng dầu bôi trơn làm mát có trộn bột nano

Chia sẻ: Tỉ Thành | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố tới sai số profile răng của bánh răng sau khi phay lăn răng và đưa ra một số giải pháp nhằm nâng cao độ chính xác profile răng của bánh răng.

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 nâng cao độ chính xác profile răng của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng bằng cách điều chỉnh độ đảo hướng kính và dùng dầu bôi trơn làm mát có trộn bột nano

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGÔ MINH TUẤN NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC PROFILE RĂNG CỦA BÁNH RĂNG TRỤ THÂN KHAI KHI PHAY LĂN RĂNG BẰNG ĐIỀU CHỈNH ĐỘ ĐẢO HƢỚNG KÍNH VÀ DÙNG DẦU BÔI TRƠN LÀM MÁT CÓ HẠT NANO Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2018
Công trình đƣợc hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS HOÀNG VĨNH SINH PGS.TS HOÀNG VỊ Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Đăng Bình Phản biện 2: PGS.TS Đinh Văn Chiến Phản biện 3: PGS.TS Bùi Trung Thành Luận án đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trƣờng họp tại Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thƣ viện: 1. Thƣ viện Tạ Quang Bửu – Trƣờng ĐHBK Hà Nội 2. Thƣ viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1. Ngô Minh Tuấn, Hoàng Vĩnh Sinh (2014). “Modelling and determining the tooth profile total deviation of the hobbed gears in the CATIA environment”, The 7th AUN/SEED-Net Regional Conference on Mechanical and Manufacturing Engineering, Ha Noi, Viet Nam. 2. Ngô Minh Tuấn, Hoàng Vĩnh Sinh (2015). “Phƣơng pháp đo sai số profile tổng cộng của bánh răng trụ sử dụng máy đo tọa độ”. Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 5 năm 2015. 3. Tuan Ngo, Vi Hoang, Sinh Hoang (2017). “Research on Applying Nano Cutting Oils in Spur Gear Hobbing Process”. World Journal of Engineering and Technology, 2017, 5, 286- 298. ISSN Online: 2331-4249 ISSN Print: 2331-4222. 4. Ngô Minh Tuấn, Hoàng Vị, Hoàng Vĩnh Sinh (2017). “Khảo sát sai số profile răng của bánh răng trụ khi phay lăn răng”. Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 9 năm 2017. 5. Minh Tuan Ngo, Vi Hoang, Vinh Sinh Hoang (2017). “Optimization Cutting Fluids and Parameters for minimizing cutting force in fly-hobbing”. Journal of Engineering and Applied Sciences (2017) Volume 20, 5212-5218. 6. Minh Tuan Ngo, Vi Hoang, Vinh Sinh Hoang (2018). “Taguchi-fuzzy multi response optimization in fly cutting process and applying in the actual hobbing process”. International journal of Mechanical and materials Engineering (2018), Doi.org/10.1186/s40712-018-0092-z. (accepted).
MỞ ĐẦU Quá trình phay lăn răng là một quá trình gia công với các chuyển động tạo hình phức tạp, theo phƣơng pháp bao hình. Độ chính xác của bánh răng sau khi phay lăn răng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhƣ độ chính xác của dao, độ chính xác máy và độ chính xác gá đặt. Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu nhằm mục đích nâng cao độ chính xác của bánh răng thân khai nói chung và nâng cao độ chính xác profile răng của chúng. Các nghiên cứu chủ yếu tập trung nghiên cứu lý thuyết tạo hình biên dạng răng, cải tiến thiết kế của dụng cụ cắt, nghiên cứu ứng dụng các loại vật liệu dụng cụ cắt mới hoặc nghiên cứu ảnh hƣởng của thông số hình học dụng cụ cắt tới độ chính xác của bánh răng… Các nghiên cứu cho thấy tầm quan trọng của phƣơng pháp phay lăn răng và sự cần thiết phải cải thiện độ chính xác của bánh răng sau khi phay lăn răng. Ở trong nƣớc, công nghệ chế tạo bánh răng cũng đƣợc tiếp cận từ khá lâu tuy nhiên quá trình phay lăn răng không quan tâm nhiều đến sai số profile răng của bánh răng sau khi phay lăn răng, vì quá trình phay lăn răng chủ yếu dùng trong công tác sửa chữa, cũng nhƣ gia công các bộ truyền không yêu cầu độ chính xác cao và cũng do không có đầy đủ trang thiết bị đo. Tuy nhiên, với sự phát triển của nền sản xuất hiện đại, hƣớng tới nâng cao tỷ lệ nội địa hóa trong công nghiệp sản xuất xe máy và ô tô, thì việc kiểm soát và nâng cao độ chính xác bánh răng nói chung và độ chính xác profile răng nói riêng đang là một nhu cầu thiết yếu của nhiều doanh nghiệp chế tạo cơ khí tại Việt Nam. Vì vậy nhằm mục đích nâng cao độ chính xác của bánh răng trụ thân khai, tiếp cận với nền sản xuất hiện đại, tác giả tập trung nghiên cứu:“Nghiên cứu nâng cao độ chính xác profile răng của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng bằng cách điều chỉnh độ đảo hướng kính và dùng dầu bôi trơn làm mát có trộn bột nano”. Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Mục đích: Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố tới sai số profile răng của bánh răng sau khi phay lăn răng và đƣa ra một số giải pháp nhằm nâng cao độ chính xác profile răng của bánh răng. Đối tƣợng nghiên cứu: Sai số profile răng của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng. Phạm vi nghiên cứu: Quá trình phay lăn răng bánh răng trụ bằng dao phay lăn răng thép gió có phủ TiN trong điều kiện sản xuất ở Việt Nam. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết đƣợc sử dụng để phân tích các yếu tố ảnh hƣởng tới sai số profile răng của bánh răng trụ khi phay lăn răng, từ đó đề xuất biện pháp giảm sai số. 1
- Phƣơng pháp khảo sát thực nghiệm đƣợc sử dụng để phân tích tổng hợp các dạng sai số profile răng thƣờng xuất hiện trong điều kiện thực tế và kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu. - Phƣơng pháp quy hoạch thí nghiệm đƣợc sử dụng để xác định thành phần trộn dầu nano hợp lý. - Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với phân tích, đánh giá, so sánh và luận giải các hiện tƣợng. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: Đề tài làm rõ ảnh hƣởng của các yếu tố tới sai số profile răng của bánh răng khi phay lăn răng. Xây dựng đƣợc công thức xác định lƣợng xê dịch vị trí của điểm tạo hình trên răng cắt ra khỏi bề mặt thanh răng sinh khởi thủy, từ đó đánh giá ảnh hƣởng của các yếu tố tới sai số profile răng của bánh răng khi phay lăn răng. Đề xuất đƣợc các biện pháp nâng cao độ chính xác profile răng của bánh răng: Xây dựng đƣợc công thức xác định độ đảo hƣớng kính của trục dao và vị trí đảo hƣớng kính của trục dao phù hợp với sai số bƣớc răng của dao phay lăn răng để có thể giảm sai số profile dạng sóng hình sin; Giảm mòn răng cắt dao phay lăn răng bằng cách sử dụng dầu nano (dầu có trộn bột nano), từ đó giảm sai số profile răng dạng nhấp nhô bề mặt. Áp dụng quy hoạch thực nghiệm Taguchi để nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số công nghệ tới lực cắt, điều kiện ma sát, nhiệt độ cắt và độ nhám bề mặt trên mô hình thí nghiệm sử dụng dao phay một răng cắt. Đồng thời kết hợp với phƣơng pháp tối ƣu đa mục tiêu sử dụng Fuzzy logic để xác định đƣợc điều kiện công nghệ tối ƣu. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án có thể đƣợc sử dụng để: dự đoán nguyên nhân gây ra sai số profile răng của bánh răng khi phay lăn răng và đề xuất các biện pháp giảm sai số profile răng; dự đoán sai số profile răng của bánh răng gia công đƣợc, từ đó xác định thời điểm mài lại dao hợp lý. Phƣơng pháp bôi trơn làm mát bằng dầu có trộn bột nano (dầu nano) có thể áp dụng vào quá trình phay lăn răng trong điều kiện sản xuất của Việt Nam. Dùng làm tài liệu tham khảo cho các cơ sở đào tạo và nghiên cứu. Những đóng góp mới của luận án Phân tích, đánh giá và tổng hợp đƣợc các dạng sai số profile răng chủ yếu của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam. 2
Đề xuất phƣơng pháp giảm sai số profile răng của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng bằng cách giảm lƣợng sai lệch vị trí điểm tạo hình trên răng cắt ra khỏi bề mặt thanh răng sinh khởi thủy. Kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, luận án đã phân tích và đƣa ra hai giải pháp giảm sai số profile răng của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng: Thứ nhất là điều chỉnh độ đảo hƣớng kính của trục dao phay lăn răng phù hợp với sai số bƣớc răng của dao phay lăn răng; Thứ hai là giảm mòn dao phay lăn răng bằng cách sử dụng dầu bôi trơn làm mát có trộn bột nano Al2O3. Ảnh hƣởng của vận tốc cắt, cỡ hạt nano và tỷ lệ trộn hạt nano vào dầu bôi trơn làm mát đến lực cắt, điều kiện ma sát, nhiệt độ cắt và độ nhám bề mặt đã đƣợc nghiên cứu trên mô hình thí nghiệm sử dụng dao phay một răng cắt với chế độ cắt tƣơng đƣơng với quá trình phay lăn răng thực. Thông số cỡ hạt và tỷ lệ hạt nano Al2O3 tối ƣu trộn vào dầu bôi trơn làm mát đã đƣợc xác định bằng phƣơng pháp tối ƣu hóa Fuzzy Logic kết hợp với quy hoạch thực nghiệm Taguchi. Thử nghiệm giải pháp điều chỉnh độ đảo hƣớng kính của trục dao phay lăn răng và sử dụng dầu có trộn bột nano với thông số tối ƣu vào điều kiện phay lăn răng thực tế tại công ty cổ phần phụ tùng máy số 1- TP Sông Công, tỉnh Thái Nguyên. Kết quả bƣớc đầu khẳng định hiệu quả nghiên cứu và cho thấy khả năng áp dụng vào điều kiện sản xuất thực tế. Bố cục của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận và danh mục tài liệu tham khảo, luận án đƣợc chia thành 04 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan về quá trình cắt răng của bánh răng trụ thân khai bằng phay lăn răng Chƣơng 2: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến độ chính xác profile răng Chƣơng 3: Nghiên cứu thực nghiệm xác định thông số tối ƣu của dầu công nghiệp có trộn bột nano Chƣơng 4: Đánh giá khả năng ứng dụng kết quả nghiên cứu vào quá trình phay lăn răng trong thực tế sản xuất CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT RĂNG CỦA BÁNH RĂNG TRỤ THÂN KHAI BẰNG PHAY LĂN RĂNG 1.1 Sơ lƣợc về quá trình phay lăn răng 1.1.1 Sự hình thành biên dạng răng khi gia công bằng dao PLR 1.1.2 Lực cắt khi phay lăn răng 3
1.1.3 Nhiệt cắt khi phay lăn răng 1.2 Dao phay lăn răng 1.2.1 Cấu tạo dao phay lăn răng 1.2.2 Độ chính xác dao phay lăn răng 1.2.3 Mòn dao phay lăn răng 1.3 Máy phay lăn răng 1.3.1 Cấu tạo máy phay lăn răng 1.3.2 Độ chính xác máy phay lăn răng 1.4 Sai số profile răng của bánh răng trụ 1.4.1 Sơ lược về độ chính xác của bánh răng trụ 1.4.2 Sai số profile răng 1.5 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và ngoài nƣớc về quá trình phay lăn răng 1.5.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 1.5.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 1.6. Khảo sát độ chính xác profile răng của bánh răng khi phay lăn răng trong điều kiện Việt Nam Qua khảo sát sai số profile răng của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng trong thực tế sản xuất, có thể thấy sai số profile răng tăng dần trong quá trình gia công và thường xuất hiện 3 dạng sai số: sai số profile răng có dạng sóng hình sin, có thể xuất hiện khi trục dao phay lăn răng bị đảo hướng kính hoặc sai số bước răng của dao lớn; Sai số profile răng có dạng nhấp nhô bề mặt cũng khá phổ biến, thường xuất hiện ở các bánh răng cuối của loạt khi lượng mòn lưỡi cắt của dao phay lăn răng vượt quá giới hạn cho phép. Dạng thứ 3 là sai số profile răng xuất hiện vết lồi/lõm bất thường, có thể xuất hiện khi có lẹo dao hoặc phoi bị kẹt. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 Nghiên cứu ở chƣơng 1 cho thấy phay lăn răng là một phƣơng pháp gia công răng của bánh răng trụ theo phƣơng pháp bao hình với độ chính xác và năng suất gia công cao. Phƣơng pháp phay lăn răng đƣợc sử dụng khá phổ biến trong các nhà máy xí nghiệp và đặc biệt trong điều kiện sản xuất của Việt Nam. Chất lƣợng truyền động của bộ truyền bánh răng phụ thuộc chủ yếu vào độ chính xác của bánh răng. Có nhiều thông số đƣợc sử dụng để đánh giá độ chính xác của bánh răng. Độ chính xác profile là một thông số quan trọng cần phải kiểm tra khi gia công bánh răng có yêu cầu độ chính xác từ cấp 9 trở lên. Tuy nhiên, trong điều kiện sản xuất thực tế của Việt Nam, do thiếu thiết bị đo và kiểm tra răng chuyên dụng nên độ chính xác profile răng chƣa đƣợc quan tâm đúng mức. 4
Các nghiên cứu trong nƣớc và quốc tế cho thấy quá trình tạo hình bề mặt răng khi phay lăn răng rất phức tạp, có nhiều răng cắt tham gia vào quá trình tạo hình. Độ chính xác profile răng của bánh răng phụ thuộc vào nhiều yếu tố của hệ thống công nghệ nhƣ độ chính xác dao, máy, gá đặt và phụ thuộc vào các yếu tố động lực học của quá trình cắt. Đã có nhiều nghiên cứu cải tiến thiết kế của dao phay lăn răng, từ đó nâng cao độ chính xác profile răng của bánh răng. Tuy nhiên, chƣa có công trình nghiên cứu nâng cao độ chính xác profile răng bằng cách điều chỉnh nhằm bù trừ các dạng sai số sinh ra trong quá trình gia công. Đồng thời cũng chƣa có công trình nào nghiên cứu ứng dụng dầu nano vào quá trình phay lăn răng nhằm giảm mòn và sai số profile răng của bánh răng khi phay lăn răng trong điều kiện sản xuất ở Việt Nam. Khảo sát sai số profile răng của bánh răng trụ thân khai trong điều kiện phay lăn răng thực tế ở Công ty Cổ phần phụ tùng máy số 1 cho thấy sai số profile răng của bánh răng khi phay lăn răng chủ yếu tồn tại ở hai dạng: Thứ nhất sai số profile răng có dạng sóng hình sin, thƣờng xuất hiện trong tất cả các bánh răng của loạt; Thứ hai, sai số profile răng dạng nhấp nhô bề mặt, thƣờng xuất hiện từ bánh răng thứ 300-400 trong loạt. Sau khi nghiên cứu tổng quan các công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc, đồng thời khảo sát sai số profile răng trong thực tế sản xuất với điều kiện có nhiều hạn chế về thiết bị thực nghiệm, thiết bị đo, đề tài tập trung: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới sai số profile răng và đưa ra biện pháp giảm sai số profile răng của bánh răng khi phay lăn răng. Nghiên cứu xác định thông số tối ưu của dầu nano và ứng dụng vào quá trình phay lăn răng nhằm giảm ma sát, giảm lẹo dao và mòn dao, tăng độ chính xác profile răng. CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC PROFILE RĂNG 2.1 Cơ sở xác định sai số profile răng của bánh răng khi gia công Sai số profile của bánh răng sau khi phay lăn răng sinh ra do sự xê dịch của điểm Pki ra khỏi bề mặt thanh răng sinh khởi thủy. Khoảng cách ∆ki giữa điểm Pki trên bề mặt cắt và răng cắt tƣơng ứng trên bề mặt thanh răng sinh đo theo phƣơng X hay gọi là lƣợng xê dịch điểm tạo hình đƣợc xác định theo công thức: 5
( ) Hình 2. 1 Vị trí của một điểm bất kỳ trên lưỡi cắt thứ k sau khi dao quay đi một góc θi 2.2 Một số thông số ảnh hƣởng tới sai số profile răng khi phay lăn răng 2.2.1 Ảnh hưởng của độ chính xác dao phay lăn răng 2.2.2 Ảnh hưởng của sai số gá đặt dao phay lăn răng 2.2.3 Ảnh hưởng của điều kiện cắt tới sai số profile răng 2.2.4 Ảnh hưởng của chế độ bôi trơn làm mát tới sai số profile răng 2.3 Nghiên cứu phƣơng pháp giảm sai số profile răng dạng nhấp nhô liên tục 2.3.1 Đặt vấn đề 2.3.2 Điều kiện và tiến trình khảo sát 6
2.3.3 Xử lý kết quả và thảo luận 2.3.3.1 Mòn mặt sau 2.3.3.2 Mòn mặt trước 2.3.3.3 Sai lệch profile răng 2.3.3.4 Ảnh hưởng của mòn răng cắt dao phay lăn răng tới sai số profile răng khi phay lăn răng Hình 2. 22 Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và sai số profile răng của bánh răng sau khi gia công Từ kết quả đo, sử dụng modul xây dựng hàm hồi quy trong phần mềm Minitab, xây dựng đƣợc đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lƣợng mòn mặt sau răng cắt và sai số profile răng bên trái của bánh răng trong trƣờng hợp sai số profile răng không có dạng sóng hình sin, khi sử dụng dầu công nghiệp VG46 nhƣ hình 2.22. Kết quả cho thấy,với độ tin cậy 95% và sai số profile răng không có dạng sóng hình sin thì có thể biểu diễn quan hệ giữa lƣợng mòn mặt sau và sai số profile răng bằng hàm số: Fα=9.99082+0.00829957*e0.040668.hs Qua đó có thể dự đoán đƣợc sai số profile răng khi biết lƣợng mòn mặt sau răng cắt và ngƣợc lại. Sử dụng kết quả đo mòn mặt sau và sai số profile răng khi phay lăn răng sử dụng dầu có trộn bột nano để kiểm nghiệm mô hình hồi quy. Kết quả phân tích bằng phần mềm Minitab cho thấy, với độ tin cậy 95% thì mô hình hồi quy hoàn toàn phù hợp. 2.4 Nghiên cứu phƣơng pháp giảm sai số profile răng dạng sóng hình sin của bánh răng sau khi phay lăn răng 2.4.1 Cơ sở lý thuyết Độ chính xác profile răng của bánh răng sau khi phay lăn răng có thể cải thiện đƣợc bằng cách giảm sai lệch lƣợng dịch chuyển điểm tạo hình Pk ra khỏi bề mặt thanh răng sinh. Khi xuất hiện độ đảo trục dao và sai số bƣớc răng, thì lƣợng xê dịch vị trí răng cắt ra khỏi bề mặt thanh răng sinh sẽ bị sai lệch một lƣợng : ( ) ( )(2.10) 7
Sai số profile răng sẽ nhỏ nhất khi đạt giá trị nhỏ nhất bằng không với mọi k khi và chỉ khi điều chỉnh độ đảo hƣớng kính trục dao phay lăn răng đảm bảo:{ (2.11) 2.4.2 Thí nghiệm kiểm chứng 2.4.2.1 Thiết bị thí nghiệm 2.4.2.2 Phương pháp điều chỉnh 2.4.3 Kết quả và thảo luận Sai số profile răng của bánh răng khi phay lăn răng có dạng sóng hình sin khi có độ đảo hƣớng kính của trục dao, kết quả này phù hợp với các tài liệu tham khảo. Khi phay lăn răng trên máy CNC, dao có độ chính xác cấp AA, có điều chỉnh vị trí đảo trục dao phay lăn răng trùng với vị trí răng cắt có sai số bƣớc răng của dao là lớn nhất, có thể giảm đáng kể sai số profile răng. Khi có điều chỉnh vị trí đảo và giá trị độ đảo sấp xỉ 10 µm (hình 2.27b) sai số profile răng nhỏ nhất. a, R(6.8 µm )-L(5.1 µm) b, R(6.0 µm) – L(3.8 µm) Hình 2.27 Sai số profile răng khi PLR trên máy GE15, không điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈10 µm và e1≈10 µm; b, có điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈10 µm và e1≈10 µm Khi phay lăn răng trên máy phay lăn răng chuyên dùng YBS3120, nếu tiến hành điều chỉnh vị trí đạt độ đảo hƣớng kính của trục dao phay lăn răng, thì có thể gia công đƣợc bánh răng có sai số profile răng tƣơng đƣơng cấp 8 với giá trị độ đảo hƣớng kính 16/1000mm, nhƣ hình 2.32b. Và sai số profile cả hai bề mặt răng nhỏ nhất khi điều chỉnh độ đảo nhỏ hơn 10/1000mm, kết hợp với điều chỉnh vị trí đảo hợp lý, nhƣ hình 2.31b. a, R(17.4 µm )-L(10.4 µm) b, R(7.8 µm) – L(9.1 µm) Hình 2. 31 Sai số profile răng khi PLR trên máy YBS3120: a, không điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈10µm và e1≈5µm; b, có điều chỉnh vị trí đảo với e2≈10µm và e1≈5 µm 8
a, R(18.1 µm )-L(9.2 µm) b, R(7.3 µm) – L(10.6 µm) Hình 2. 32 Sai số profile răng khi PLR trên máy YBS3120: a, không điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈16µm và e1≈5µm; b, có điều chỉnh vị trí đảo với e2≈16 µm và e1≈5µm KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 Việc nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố tới sai số profile răng của bánh răng trụ thân khai khi gia công trên máy phay lăn răng cho thấy: Sai số profile răng sinh ra là do vị trí của điểm tạo hình trên răng cắt bị xê dịch ra khỏi bề mặt thanh răng sinh trong quá trình gia công. Lƣợng xê dịch này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ độ chính xác của máy, dao, gá đặt và điều kiện công nghệ. Độ đảo hƣớng kính và sai số bƣớc răng là nguyên nhân chính trực tiếp gây ra sai số profile răng có dạng sóng hình sin khi phay lăn răng. Mòn dao là một nguyên nhân gián tiếp gây ra sai số profile răng có dạng nhấp nhô bề mặt khi phay lăn răng, do mòn ảnh hƣởng tới sai số profile răng, ảnh hƣởng tới rung động trong quá trình cắt. Qua khảo sát mòn dao và sai số profile răng khi phay lăn răng sử dụng dầu công nghiệp VG46 và dầu công nghiệp có trộn 0,3% bột Al2O3-80nm cho thấy: Mặt sau răng cắt chủ yếu xảy ra hiện tƣợng mòn, bong lớp phủ và sau đó mòn lớp vật liệu nền. Mặt trƣớc răng cắt chủ yếu xảy ra hiện tƣợng nứt, vỡ, bong tróc vết phủ, sau đó mòn lớp vật liệu nền và khi sử dụng dầu VG46 thì có quan sát thấy các vết mòn sâu do lẹo dao sinh ra. Nghiên cứu cũng cho thấy khi sử dụng dầu bôi trơn làm mát có trộn 0,3% bột nano Al2O3 thì giảm đáng để mòn răng cắt dao phay lăn răng (giảm 24% lƣợng mòn mặt sau), do đó giảm đáng kể sai số profile răng so với khi sử dụng dầu VG46. Khi profile răng có dạng sóng hình sin thì lƣợng mòn mặt sau ảnh hƣởng rất ít tới giá trị sai số profile răng và tồn tại trong cả loạt bánh răng đƣợc gia công. Sai số profile có dạng nhấp nhô bề mặt chỉ xuất hiện ở những bánh răng cuối của loạt khi dao đã mòn. 9
Khi profile răng không có dạng sóng hình sin, quan hệ giữa lƣợng mòn mặt sau răng cắt và sai số profile răng lớn nhất khi phay lăn răng có thể biểu diễn theo phƣơng trình: Fα=9.99082+0.00829957*e 0,040668.hs Giảm sai số profile răng dạng sóng hình sin bằng cách điều chỉnh độ đảo hƣớng kính trục dao phù hợp với sai số bƣớc răng dao PLR. Sai số profile răng của bánh răng sau khi PLR sẽ nhỏ nhất khi điều chỉnh độ đảo hƣớng kính trục dao phay lăn răng đảm bảo: { Kết quả thí nghiệm cho thấy: Khi phay lăn răng trên máy CNC GE15 có độ chính xác cao, nếu có điều chỉnh vị trí đảo trục dao thì có thể phay bánh răng có độ chính xác cấp 5. Khi phay lăn răng trên máy phay lăn răng chuyên dùng (máy YBS3210 – Trung Quốc sản xuất), có thể gia công bánh răng có độ chính xác cấp 7. CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ TỐI ƢU CỦA DẦU CÔNG NGHIỆP CÓ TRỘN BỘT NANO 3.1 Đặt vấn đề 3.2. Hệ thống thí nghiệm 3.2.1.1 Trang thiết bị thí nghiệm Hệ thống thí nghiệm đƣợc thiết kế nhƣ sơ đồ hình 3.1. Trong thí nghiệm sử dụng dao phay có một răng cắt đƣợc chế tạo từ dao phay lăn răng sử dụng trong dây truyền sản xuất của nhà máy FUTU1 (chỉ để lại một răng cắt), nhƣ hình 3.3. Hình 3. 1 Mô hình thí nghiệm sử dụng dao phay một răng cắt 10
Hình 3.2 Dao phay có một răng cắt 3.2. 2 Chế độ công nghệ 3.3 Thiết kế thí nghiệm Taguchi 3.3.1 Xây dựng ma trận thí nghiệm Bảng 3. 5 Các thông số khảo sát và mức giá trị tương ứng Ký Mức giá trị TT Yếu tố khảo sát hiệu 1 2 3 1 Vận tốc cắt (m/phút) A 38 50 - 2 Cỡ hạt (nm) B 20 80 135 3 Tỷ lệ hạt (%) C 0,1 0,3 0,5 3.3.2 Chỉ tiêu đánh giá a, Lực cắt Hình 3. 12 Sơ đồ phân tích lực cắt Mô hình lực cắt mô tả sơ đồ phân tích lực cắt khi phay bằng dụng cụ một răng cắt với góc trƣớc bằng 0. Sử dụng cảm biến lực 3 thành phần sẽ đo đƣợc hai thành phần lực Fz, Fy và tính đƣợc lực tổng hợp R. Và năng lƣợng cần thiết để bóc tách phoi đƣợc đánh giá bởi thành phần lực cắt tổng R, lực cắt tổng này giảm sẽ góp phần làm giảm mòn dụng cụ cắt. Ngoài ra, tỷ số F/N đại diện cho hệ số ma sát giữa phoi và mặt trƣớc của dao. Manuel San-Juan (2012) đã đƣa ra công thức tính hệ số ma sát giữa phoi và mặt trƣớc dao khi chiều dày phoi lớn nhất nhƣ sau: ( ( )) (3.5) 11
Nhƣ vậy hệ số ma sát phụ thuộc vào thành phần lực Fz và Fy, hệ số ma sát giảm khi tỷ số lực cắt Fz/Fy tăng. Do dó có thể sử dụng tỷ số Fz/Fy để đánh giá điều kiện ma sát khi gia công (Fz/Fy tăng đồng nghĩa với ma sát giảm). Vì vậy, trong phạm vi nghiên cứu của luận án, Tác giả lựa chọn hai thông số liên quan tới các thành phần của lực cắt để khảo sát là lực cắt tổng R và tỷ lệ lực cắt Fz/Fy. b, Nhiệt độ cắt c, Độ nhám bề mặt 3.3.3 Phân tích kết quả 3.3.4 Kết quả và thảo luận a, Kết quả thí nghiệm b, Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới lực cắt tổng R Hình 3. 20 Ảnh hưởng của các Hình 3. 21 Ảnh hưởng tương tác thông số tới tỷ số S/N của các giá của các thông số tới tỷ số S/N của trị lực cắt tổng R lực cắt tổng R c, Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới tỷ lệ lực cắt Fz/Fy Hình 3. 24 Ảnh hưởng của các Hình 3. 25 Ảnh hưởng tương tác thông số tới tỷ số tín hiệu nhiễu của các thông số tới tỷ số S/N của S/N của tỷ lệ Fz/Fy tỷ lệ Fz/Fy 12
d, Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới nhiệt cắt Hình 3. 28 Ảnh hưởng của các Hình 3. 29 Ảnh hưởng tương tác thông số tới tỷ số tín hiệu nhiễu của các thông số tới tỷ số S/N của S/N của giá trị nhiệt độ cắt T giá trị nhiệt độ cắt T e, Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới độ nhám Hình 3. 32 Ảnh hưởng của các Hình 3.33 Ảnh hưởng tương tác thông số đầu vào tới tỷ số S/N giữa các thông số tới tỷ số S/N của Ra của Ra Nhận xét: Như vậy sử dụng phương pháp Taguchi đã đánh giá được ảnh hưởng của các thông số khảo sát (vận tốc cắt, cỡ hạt và tỷ lệ bột) tới các thông số cơ bản của quá trình gia công bao gồm lực cắt, nhiệt độ cắt và độ nhám. Trong đó: Tỷ lệ hạt là thông số ảnh hưởng lớn nhất tới giá trị lực cắt tổng R, lực cắt R sẽ đạt giá trị nhỏ nhất khi gia công với vận tốc cắt 38m/phút, cỡ hạt 20nm và tỷ lệ bột 0.5%. Tác giả cũng đánh giá được hệ số ma sát thông qua tỷ số lực cắt, hệ số ma sát nhỏ nhất khi sử dụng vận tốc cắt 38m/ph, cỡ hạt nhỏ hơn 20nm với tỷ lệ 0.5%. Ngoài ra, nhiệt độ cắt đo trên phôi và độ nhám bề mặt gia công cũng được sử dụng để đánh giá hiệu quả của quá trình gia công. Tuy nhiên, chưa đưa ra được bộ thông số tổng hợp đánh giá nhằm thỏa mãn nhiều yếu tố. 13
3.4 Tối ƣu hóa nhiều mục tiêu sử dụng Fuzzy logic kết hợp với phƣơng pháp Taguchi 3.4.1 Chuẩn hóa dữ liệu đầu vào 3.4.2 Thiết lập hàm mờ và các quy luật mờ Quá trình thiết lập mô hình tập mờ và giải mờ đƣợc thực hiện trên phần mềm Matlab với 04 dữ liệu đầu vào đại diện cho 04 thông số khảo sát trong quy hoạch thực nghiệm Taguchi (lực cắt tổng, tỷ lệ lực cắt, nhiệt cắt và độ nhám bề mặt) và một hệ số mờ duy nhất (FRTS). Trong nghiên cứu, mô hình mờ đƣợc thiết lập trên phần mềm matlab 9, nhƣ hình 3.36. FRTS Hình 3. 35 Mô hình mờ với 4 thông số đầu vào và 1 thông số đầu ra 3.4.3 Kết quả và thảo luận Sử dụng phần mềm matlab, giải mờ và thu đƣợc hệ số mờ (bảng 3.28), là chỉ tiêu tổng hợp đánh giá hiệu quả của quá trình gia công. Từ đó xếp hạng thứ tự ƣu tiên lựa chọn các bộ thông số công nghệ. Bộ thông số thí nghiệm thứ 3 (vận tốc cắt 38 m/ph, cỡ hạt 20nm và tỷ lệ 0,5%) cho hệ số mờ FRTS lớn nhất (0,899) và bộ thông số thứ 02 (vận tốc cắt 38 m/ph, cỡ hạt 20nm và tỷ lệ 0,3%) có hệ số mờ FRTS đứng thứ 2 (0.726). Hình 3. 1 Ảnh hưởng của các thông số tới hệ số mờ 14
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 Mô hình phay với dao phay một răng cắt sử dụng chế độ cắt tƣơng ứng với chế độ cắt của quá trình phay lăn răng đã đƣợc xây dựng để khảo sát hiệu quả của việc sử dụng bột nano trong dung dịch bôi trơn làm mát. Một bộ thông số khảo sát đƣợc sử dụng bao gồm lực cắt, điều kiện ma sát, nhiệt độ cắt và độ nhám bề mặt. Trong đó, điều kiện ma sát trong quá trình cắt đƣợc đánh giá thông qua tỷ lệ lực cắt Fz/Fy. Phƣơng pháp thiết kế thí nghiệm TAGUCHI đƣợc sử dụng để đánh giá ảnh hƣởng của các thông số công nghệ tới từng thông số khảo sát. Thông qua đánh giá giá trị trung bình và tỷ số tín hiệu nhiễu cho thấy: - Tỷ lệ hạt và cỡ hạt ảnh hƣởng mạnh tới sự thay đổi của lực cắt và lực cắt nhỏ nhất khi gia công với cỡ hạt 20nm và với tỷ lệ 0,5% bột Al2O3. Đồng thời, tỷ lệ hạt và cỡ hạt cũng ảnh hƣởng mạnh tới tỷ lệ lực cắt, hay điều kiện ma sát. Tỷ lệ lực cắt lớn nhất (ma sát nhỏ nhất) khi gia công với cỡ hạt 20nm và với tỷ lệ 0,5% bột Al2O3. - Vận tốc cắt, Tỷ lệ hạt, cỡ hạt và tƣơng tác giữa chúng ảnh hƣởng đáng kể tới tỷ số lực cắt hay điều kiện ma sát. Khi cắt với vận tốc 38m/ph thì cỡ hạt ảnh hƣởng lớn đến tỷ số lực cắt, đạt giá trị lớn nhất khi sử dụng hạt 20nm. Trong khi với vận tốc 50m/ph thì cỡ hạt gần nhƣ không ảnh hƣởng tới tỷ số này. - Vận tốc cắt, tỷ lệ hạt, cỡ hạt và tƣơng tác giữa chúng cũng ảnh hƣởng đáng kể tới nhiệt cắt đo đƣợc. Cỡ hạt lớn (80nm và 135nm) gần nhƣ ảnh hƣởng nhỏ tới nhiệt cắt, cỡ hạt 20nm ảnh hƣởng lớn nhất tới giá trị nhiệt cắt. Nhiệt cắt nhỏ nhất khi gia công với vận tốc 38m/ph, cỡ hạt 20nm và 0,5% bột. - Cỡ hạt là thông số ảnh hƣởng lớn nhất tới độ nhám bề mặt, vận tốc cắt và tỷ lệ hạt ảnh hƣởng nhỏ tới độ nhám và không có ảnh hƣởng tƣơng tác giữa các thông số khảo sát. Phƣơng pháp tối ƣu sử dụng Fuzzy logic kết hợp với phƣơng pháp Taguchi đã đƣợc xây dựng, đã đƣa ra hệ số mờ (FRTS) là chỉ tiêu tổng hợp dùng để đánh giá ảnh hƣởng của các thông số thí nghiệm. Quá trình phay sử dụng dao một lƣỡi cắt có lực cắt tổng nhỏ, nhiệt cắt nhỏ, độ nhám nhỏ và tỷ lệ Fz/Fy tăng khi sử dụng dầu bôi trơn làm có trộn bột nano Al2O3 với kích thƣớc 20nm (hệ số mờ FRTS lớn) và đạt giá trị tối ƣu khi tỷ lệ trộn đạt 0,5%. 15
CHƢƠNG 4: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO QUÁ TRÌNH PHAY LĂN RĂNG TRONG THỰC TẾ SẢN XUẤT 4.1 Đặt vấn đề Nghiên cứu ở chƣơng 2 đã cho thấy, điều chỉnh độ đảo dao phù hợp với sai số bƣớc răng có thể giảm sai số profile dạng sóng hình sin và sử dụng dầu nano có khả năng giảm mòn dao phay lăn răng cải thiện quá trình thoát phoi, giảm sai số profile răng có dạng nhấp nhô bề mặt của răng bánh răng sau khi phay lăn răng. Đồng thời, nghiên cứu trong chƣơng 3 đã cho thấy dầu nano đƣợc tạo ra bằng cách trộn bột nano Al2O3 20nm vào dầu công nghiệp VG46 với tỷ lệ 0,5% (Al2O3-20nm- 0,5%) có thể giảm tối thiểu lực cắt, nhiệt độ cắt và cải thiện điều kiện ma sát của quá trình cắt sử dụng dao phay một răng cắt. Do đó, dầu nano Al2O3-20nm-0,5% có thể ứng dụng vào quá trình phay lăn răng, giảm mòn dao phay lăn răng và giảm sai số profile răng sau khi phay lăn răng. Vì vậy thực nghiệm kiểm chứng đƣợc thực hiện nhằm đánh giá khả năng giảm sai số profile dạng sóng hình sin bằng phƣơng pháp điều chỉnh độ đảo phù hợp với sai số bƣớc răng của fao PLR và khả năng giảm sai số profile răng dạng nhấp nhô bề mặt bằng cách sử dụng dầu công nghiệp có trộn bột Al2O3 kích thƣớc nano vào quá trình phay lăn răng trong thực tế sản xuất. 4.2 Điều kiện thực nghiệm và chỉ tiêu đánh giá 4.2.1 Điều kiện thực nghiệm Với mục đích ứng dụng kết quả nghiên cứu ở chƣơng 2 và chƣơng 3 vào quá trình gia công bánh răng trụ trên dây truyền sản xuất tại phân xƣởng cơ khí 2, công ty cổ phần phụ tùng máy số 1, TP Sông Công, tỉnh Thái Nguyên. Quá trình thực nghiệm sử dụng máy phay lăn răng bán tự động YBS3120 và dao phay lăn răng DTR nhƣ đã sử dụng ở chƣơng 2. Dao phay lăn răng đƣợc gá lên máy và điều chỉnh độ đảo trục dao đảm bảo: - Độ đảo trục dao nhỏ hơn 16,5 µm (nhƣ trong chƣơng 2) - Vị trí đảo trục dao lớn nhất trùng với vị trí có sai số bƣớc răng lớn nhất. Từ kết quả nghiên cứu ở chƣơng 3 cho thấy sử dụng chế độ gia công có chỉ số đánh giá tổng hợp tốt nhất để khảo sát trong điều kiện thực tế. Đồng thời so sánh hiệu quả so với chế độ gia công thông thƣờng của nhà máy. Do đó lựa chọn 3 chế độ khảo sát tƣơng ứng với các thí nghiệm nhƣ trong bảng 4.1 16
Bảng 4. 1 Chế độ công nghệ trong thí nghiệm đánh giá Thông Tốc độ trục Lƣợng chạy dao Hƣớng Tỷ lệ trộn bột số chính (v/ph) đứng chạy dao Al2O3 - 20nm (mm/vòng) (%) TN 1 200 1.27 Từ trên 0 TN 2 200 1.27 xuống 0.3 TN 3 200 1.27 0.5 4.2.2 Chỉ tiêu đánh giá 4.3 Kết quả thử nghiệm và thảo luận 4.3.1 Sai số profile răng của bánh răng Kết quả đo sai số profile răng cho thấy khi có điều chỉnh độ đảo trục dao phay lăn răng hợp lý thì sai số profile răng có chiều cao sóng hình sin nhỏ hơn trong cả 3 thí nghiệm (so với kết quả ở chƣơng 2). a, Bánh răng thứ 100 b, Bánh răng thứ 200 c, Bánh răng thứ 300 d, Bánh răng thứ 400 e, Bánh răng thứ 500 Hình 4. 1 Sai số profile răng của bánh răng sau khi phay lăn răng sử dụng dầu dầu công nghiệp thông thường a, Bánh răng thứ 100 b, Bánh răng thứ 200 17