Tối ưu hóa quá trình tiện định hình biên dạng ngoài động cơ đạn chữa cháy 60mm đcc 60

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Tối ưu hố q trình tiện định hình biên dạng động đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60 NGUYỄN VĂN HIẾU Hieu.NV211064M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật khí Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên Trường: Cơ khí HÀ NỘI, 4/2023 Chữ ký GVHD ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên Nhóm chuyên môn: Gia công vật liệu dụng cụ công nghiệp, Trường Cơ khí, Đại Học Bách Khoa Hà Nội Nội dung Chuyên ngành: Kỹ thuật khí - Chế tạo máy Đề tài luận văn: Tối ưu hoá trình tiện định hình biên dạng ngồi động đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường khí/Đại học bách khoa Hà Nội cho phép thực Luận văn Trường Tơi xin cảm ơn Nhóm chun mơn Gia công vật liệu dụng cụ công nghiệp, Trường Cơ khí, Đại Học Bách Khoa Hà Nội ln tạo điều kiện thuận lợi suốt trình làm Luận văn Tôi xin cảm ơn sâu sắc tới Giáo viên hướng dẫn - PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên tận tình hướng dẫn tơi chun mơn để tơi thực hồn thành Luận văn Tôi xin cảm ơn tới Nhà máy Z113/Tổng cục Công nghiệp quốc phòng tạo điều kiện giúp đỡ cho phép sử dụng máy móc, thiết bị phục vụ sản xuất để đánh giá kết thực nghiệm Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy cô phản biện, Thầy cô hội đồng chấm Luận văn bớt chút thời gian đọc góp ý kiến q báu để tơi hồn chỉnh Luận văn Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè, lãnh đạo quan, đồng nghiệp người động viên khuyến khích tơi suốt thời gian thực Luận văn TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Xuất phát từ thực tiễn yêu cầu nghiên cứu chế tạo chi tiết cơng nghiệp quốc phịng, nội dung luận văn tập trung: Nghiên cứu đặc điểm tiện, tập trung nghiên cứu dụng cụ cắt đặc điểm tiện định hình Nghiên cứu lý thuyết lực cắt, nhiệt cắt tiện Thiết kế dao tiện định hình gá dao tiện định hình đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt Thực nghiệm ảnh hưởng tốc độ cắt, tốc độ tiến dao đến thành phần lực cắt, nhiệt cắt tiện định hình Từ xây dựng mối quan hệ tốc độ cắt, tốc độ tiến dao đến lực cắt, nhiệt cắt tiện định hình Xây dựng mơ hình tốn tối ưu để xác định chế độ cắt tối ưu tiện định hình động đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60 dao tiện định hình chế tạo Việt Nam, hàm mục tiêu suất lớn điều kiện biên máy, dao, chất lượng gia công.Với công nghệ thực áp dụng cho sản phẩm có hình dạng tương tự HỌC VIÊN Nguyễn Văn Hiếu CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Văn Hiếu Đề tài luận văn: Tối ưu hoá q trình tiện định hình biên dạng ngồi động đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60 Chuyên ngành: Kỹ thuật khí - Chế tạo máy Mã số SV: 20211064M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 28/4/2023 với nội dung sau: - Sửa chữa lỗi tả, lỗi chế bản, phơng chữ khơng thống - Bổ sung trích dẫn tài liệu tham khảo, số lượng tài liệu tham khảo - Bổ sung thêm mục yếu tố ảnh hưởng để hoàn thiện Ngày tháng năm 2023 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên Nguyễn Văn Hiếu CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GS.TS Nguyễn Đức Toàn MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI CAM ĐOAN PHẦN MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TIỆN VÀ DỤNG CỤ TIỆN 1.1 TỔNG QUAN VỀ TIỆN 1.1.1 Khái niệm gia công tiện 1.1.2 Các chuyển động cắt gọt tiện 1.1.3 Lớp cắt tiết diện lớp cắt 11 1.2 KẾT CẤU HÌNH HỌC DAO TIỆN ĐƠN 13 1.2.1 Công dụng, phân loại 13 1.2.2 Kết cấu hình học dao tiện đơn 13 1.2.3 Thơng số hình học dao tiện đơn 14 1.4 NHIỆT CẮT KHI TIỆN 20 1.4.1 Nhiệt phát sinh cắt kim loại 20 1.4.2 Nguồn gốc nhiệt cắt phân bố chúng 21 1.5 LỰC CẮT KHI TIỆN 36 1.5.1 Khái niệm lực cắt 36 1.5.2 Phân tích thành phần lực cắt 38 Kết luận chương 51 Chương 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH VÀ BỘ GÁ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 52 2.1 GIỚI THIỆU CHI TIẾT GIA CÔNG 52 2.1.1 Giới thiệu chung đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60 52 2.1.2 Giới thiệu chung chi tiết cần gia công 53 2.2 THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 53 2.2.1 Phân tích chi tiết, chọn loại dao gia công 53 2.2.2 Tính tốn kích thước dao 54 2.3 THIẾT KẾ BỘ GÁ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 58 Kết luận chương 60 Chương 3: THỰC NGHIỆM ĐO LỰC CẮT, NHIỆT CẮT KHI TIỆN ĐỊNH HÌNH ĐỘNG CƠ ĐẠN CHỮA CHÁY 60mm ĐCC-60 61 3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỰC NGHIỆM 61 3.1.1 Mơ hình hồi quy bậc 62 3.1.2 Kế hoạch thực nghiệm mức 62 3.2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM 66 3.2.1 Sơ đồ thí nghiệm 66 3.2.2 Các điều kiện đầu vào 67 3.2.3 Các đại lượng đầu 67 3.2.4 Các đại lượng cố định 67 3.2.5 Các đại lượng không điều khiển (nhiễu) 67 3.3 ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM 68 3.3.1 Máy tiện 68 3.3.2 Mẫu thí thí nghiệm 69 3.3.3 Dụng cụ cắt 70 3.3.4 Các thiết bị đo 70 3.3.5 Thực nghiệm, xây dựng mơ hình hồi quy mơ tả quy luật ảnh hưởng tốc độ tiến dao, tốc độ cắt đến lực cắt, nhiệt cắt tiện dao tiện định hình 74 Kết luận chương 84 Chương 4: TỐI ƯU HỐ Q TRÌNH TIỆN ĐỊNH HÌNH THEO HÀM MỤC TIÊU NĂNG SUẤT GIA CƠNG 85 4.1 CHỈ TIÊU TỐI ƯU VÀ HÀM MỤC TIÊU 85 4.1.1 Đặt vấn đề 85 4.1.2 Hàm mục tiêu 86 4.1.3 Các hàm ràng buộc 86 4.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƯU 88 4.2.1 Phương pháp đồ thị 88 4.2.2 Phương pháp giải tích 88 Kết luận chương 91 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC 95 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các dạng gia công tiện Hình 1.2 Các chuyển động gia công tiện 10 Hình 1.3 Các loại tiết diện lớp cắt tiện 11 Hình 1.4 Kết cấu hình học dao tiện đơn 14 Hình 1.5 Thơng số hình học dao tiện đơn 15 Hình 1.6 Các loại dao tiện định hình 17 Hình 1.7 Kết cấu dao tiện định hình lăng trụ 18 Hình 1.8 Mơ hình tính tốn 19 Hình 1.9 Prơfin lưỡi cắt dao lăng trụ tiết diện vng góc với mặt sau 20 Hình 1.11 Sơ đồ hướng nguồn nhiệt 22 Hình 1.12 Dụng cụ nhiệt độ phoi 26 Hình 1.13 Cặp ngẫu nhiệt (pin nhiệt điện) 27 Hình 1.14 Sơ đồ đo nhiệt cắt pin nhân tạo 28 Hình 1.15 Đo nhiệt cắt pin bán nhân tạo 28 Hình 1.16 Đo nhiệt cắt pin tự nhiên dao 29 Hình 1.16 Hiện tượng ngẫu nhiệt ký sinh 29 Hình 1.17 Đo nhiệt cắt pin tự nhiên dao 30 Hình 1.18 Đo nhiệt cắt theo nguyên lý quang học 30 Hình 1.18 Sơ đồ mạch điện để đo nhiệt cắt tế bào quang 31 Hình 1.19 Phương pháp đo nhiệt nguyên lý đo xạ điện từ 31 Hình 1.20 Súng đo nhiệt độ hồng ngoại phương pháp đo 31 Hình 1.21 Quan hệ θ v 34 Hình 1.22 Quan hệ chiều dày cắt đến nhiệt cắt 35 Hình 1.23 Quan hệ nhiệt cắt với chiều rộng cắt 36 Hình 1.24 Sơ đồ nguồn gốc lực cắt 37 Hình 1.25 Hệ thống lực cắt tiện 38 Hình 1.26 Vịng trịn xác định lực bề mặt chịu tải 39 Hình 1.27 Lực kế theo nguyên lý học 40 Hình 1.28 Lực kế theo nguyên lý thuỷ khí 41 Hình 1.29 Nguyên lý biến dạng dẻo 41 Hình 1.30 Bộ chuyển đổi điện trở kiểu chiết áp 42 Hình 1.31 Bộ chuyển đổi điện trở than 42 Hình 1.32 Bộ chuyển đổi điện trở lỏng 42 Hình 1.33 Bộ chuyển đổi điện trở từ 42 Hình 1.34 Một số loại loadcell thơng dụng 42 Hình 1.35 Sơ đồ lực tác dụng lên phoi cắt 45 Hình 2.1 Cấu tạo đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60 52 Hình 2.2 Động đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60 53 Hình 2.3 Biên dạng ngồi động đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60 54 Hình 2.4 Các thơng số dao tiện định hình 55 Hình 2.6 Profin dao tiết diện trùng với mặt trước 58 Hình 2.7 Profin dao vng góc với mặt sau 58 Hình 2.8 Bộ gá dao tiện định hình 59 Hình 3.1 Mơ hình quy hoạch thực nghiệm nhiều đầu vào, nhiều đầu 62 Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm 22 65 Hình 3.3 Sơ đồ nghiên cứu trình tiện định hình thực nghiệm 66 Hình 3.4 Máy tiện ZMM CU500MT 68 Hình 3.5 Bộ gá dao tiện định hình 70 Hình 3.6 Thiết bị đo nhiệt FLUKE 568-2 IR 70 Hình 3.7 Sơ đồ gắ đặt thiết bị đo nhiệt FLUKE 568-2 IR 72 Hình 3.8 Thiết bị đo lực Loadcell PST keli 1000 kg 72 Hình 3.9 Thiết bị đo lực gá dao 74 Hình 3.10 Mơ hình thực nghiệm đo lực cắt nhiệt cắt 74 Hình 3.11 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ tiến dao đến lực cắt 76 Hình 3.12 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ tiến dao đến nhiệt cắt 77 Hình 3.13 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ cắt đến lực cắt 78 Hình 3.14 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ cắt đến nhiệt cắt 79 Hình 3.15 Biểu đồ Pareto hiệu ứng chuẩn hoá hàm ΔT 81 Hình 3.16 Đồ thị quan hệ thơng số công nghệ đến nhiệt cắt ΔT 81 Hình 3.17 Biểu đồ Pareto hiệu ứng chuẩn hố hàm Pz 83 Hình 3.18 Đồ thị quan hệ thông số công nghệ đến lực cắt Pz 83 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Hằng số lực cắt Cp cắt vật liệu dẻo 47 Bảng 1.2 Hằng số lực cắt Cp cắt vật liệu dòn 48 Bảng 2.1 Các thông số chọn dao tiện định hình 55 Bảng 2.2.Kết tính tốn dao tiện định hình 57 Bảng 2.3 Thành phần hoá học thép gió P18 58 Bảng 3.1 Kế hoạch thí nghiệm dạng 22 63 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật máy tiện ZMM CU500MT 68 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật thiết bị đo nhiệt FLUKE 568-2 IR 71 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật Loadcell PST keli 1000 kg 73 Bảng 3.5 Bảng thiết kế thí nghiệm xác định quy luật ảnh hưởng tốc độ tiến dao đến lực cắt, nhiệt cắt kết đo lực cắt, nhiệt cắt 76 Bảng 3.6 Bảng thiết kế thí nghiệm xác định quy luật ảnh hưởng tốc độ cắt đến lực cắt, nhiệt cắt kết đo lực cắt, nhiệt cắt 78 Bảng 3.7 Bảng thiết kế thí nghiệm xác định quy luật ảnh hưởng tốc độ cắt, tốc độ tiến dao đến lực cắt, nhiệt cắt kết đo lực cắt, nhiệt cắt 79 Bảng 3.8 Bảng ước lượng hệ số hàm ΔT 80 Bảng 3.9 Bảng phân tích phương sai hàm hàm ΔT 80 Bảng 3.10 Bảng ước lượng hệ số hàm Pz 82 Bảng 3.11 Bảng phân tích phương sai hàm hàm Pz 82 Bảng 4.1 Kết toán tối ưu 89 LỜI CAM ĐOAN Tôi là: Nguyễn Văn Hiếu Sinh ngày: 14 tháng năm 1994 Lớp: Kỹ thuật Cơ khí Khóa: 2021A Mã học viên: 20211064M Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài: “Tối ưu hố q trình tiện định hình biên dạng động đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60” tự thực hướng dẫn khoa học PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên Các số liệu kết hồn tồn trung thực Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm điều khơng thật! Học viên thực Nguyễn Văn Hiếu 83 Hình 3.17 Biểu đồ Pareto hiệu ứng chuẩn hoá hàm Pz - Phương trình hồi quy hàm Pz PZ=-797+105,1.v+70212.f-926.v.f (3.14) Surface Plot of Pz vs V, f 5000 Pz 4000 24 18 3000 12 0.04 f V 0.06 0.08 Hình 3.18 Đồ thị quan hệ thơng số cơng nghệ đến lực cắt Pz Từ phương trình (3.14), bảng (3.10), (3.11), hình (3.17) ta có nhận xét: Trong phạm vi nghiên cứu, tốc độ tiến dao có ảnh hưởng đến lực cắt lớn so với tốc độ tiến dao 84 Kết luận chương Chương luận án sâu vào nghiên cứu nội dung sau: - Xây dựng mơ hình thực nghiệm, điều kiện thực nghiệm để xác định quan hệ thông số chế độ cắt: Tốc độ tiến dao, tốc độ cắt đến lực cắt, nhiệt cắt - Kết nghiên cứu cho thấy quy luật ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến thành phần lực cắt, nhiệt cắt tuân theo quy luật truyền thống - Nghiên cứu xây dựng phương trình quan hệ tốc độ tiến dao, tốc độ cắt đến lực cắt, nhiệt cắt, cụ thể: - Lực cắt: Pz = -797 + 105,1.v + 70212.f - 926.v.f (N) - Nhiệt cắt: ΔT = 0,99 + 0,626.v + 126,2.f + 2,39.v.f (o C) Các nghiên cứu sở quan trọng để luận án tiếp tục xây dựng giải toán tối ưu chương 85 Chương 4: TỐI ƯU HỐ Q TRÌNH TIỆN ĐỊNH HÌNH THEO HÀM MỤC TIÊU NĂNG SUẤT GIA CƠNG Trong toán tối ưu, yếu tố đầu quan trọng gọi mục tiêu tối ưu tiêu chuẩn tối ưu Tiêu chuẩn tối ưu sử dụng nhiều gia công suất gia công, ngồi ra, chi phí gia cơng, tốc độ bóc vật liệu, tuổi bền dụng cụ, chất lượng bề mặt sử dụng Ngoài ra, tuổi bền dụng cụ đặc trưng cho chi phí gia cơng giá thành dụng cụ hợp kim cao ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng bề mặt Tuy nhiên, việc tối ưu đơn mục tiêu có giá trị giới hạn chất phức tạp trình gia cơng địi hỏi mục tiêu khác đối kháng phải tối ưu hóa đồng thời 4.1 CHỈ TIÊU TỐI ƯU VÀ HÀM MỤC TIÊU 4.1.1 Đặt vấn đề Tối ưu hoá thực chất giải toán tìm giá trị max có điều kiện bất phương trình Vì vậy, xây dựng toán giải vấn đề tối ưu hoá cần phải giải vấn đề sau: - Xác định rõ tiêu tối ưu, từ xây dựng hàm mục tiêu với biến số yếu tố q trình cắt có ảnh hưởng đến hàm mục tiệu - Xuất phát từ hàm mục tiêu phải xác định điều kiện biên có ảnh hưởng để xây dựng hàm giới hạn Miền giới hạn toán miền chứa điểm mà hàm mục tiêu đạt giá trị cực trị Tuy nhiên xây dựng hàm giới hạn cần phân tích rõ nhận xét ảnh hưởng nhân tố để chọn yếu tố có ảnh hưởng nhiều để tốn cực trị khơng q nhiều hàm số, cơng việc tính tốn đỡ phức tạp - Các thông số công nghệ cần tối ưu xác định dựa điều kiện gia công cụ thể như: + Phương tiện dùng để gia công: Máy, đồ gá, dao + Phôi: Vật liệu gia cơng, hình dáng, kích thước, tính chất vật liệu gia công + Các yêu cầu kỹ thuật chi tiết gia cơng: Độ xác kích thước, vị trí tương quan, độ nhám bề mặt + Hình thức gia cơng: Gia cơng thơ hay gia cơng tinh, gia cơng ngồi hay 86 + Chế độ công nghệ bôi trơn làm nguội: Loại dung dịch, lưu lượng áp lực tưới, phương pháp tưới Khi xây dựng hàm mục tiêu hàm giới hạn, hàm tuyến tính ta gọi tối ưu hố tuyến tính, hàm phi tuyến ta gọi tối ưu hố phi tuyến Thực tế xây dựng tốn tối ưu hầu hết hàm phi tuyến 4.1.2 Hàm mục tiêu Hàm mục tiêu mơ tả quan hệ giải tích tiêu tối ưu với thông số công nghệ cần tối ưu Chỉ tiêu tối ưu mặt hàng cần sản xuất, doanh nghiệp khác tập trung vào tiêu kinh tế - kỹ thuật chủ yếu sau: - Giá thành gia công - Năng suất gia công - Lợi nhuận (tiền lãi) Trong phạm vi nghiên cứu, luận án đề cập đến việc tối ưu hoá tiện định hình với hàm mục tiêu thời gian gia công ngắn (năng suất cao nhất) đảm bảo yêu cầu chất lượng bề mặt gia cơng, độ xác gia cơng, khả làm việc máy, dao Để hàm mục tiêu thời gian gia cơng ngắn thể tích bóc tách vật liệu theo thời gian phải lớn Hàm mục tiêu cần nghiên cứu : v.f → Max (4.1) 4.1.3 Các hàm ràng buộc Xuất phát từ điều kiện khả cắt gọt cho phép máy công suất cắt gọt ( Ncg ) phải nhỏ cơng suất hữu ích máy ( N ci ) Ncg d N ci Với Ncg = (4.2) Pz v (kW) 60.1020 N ci = N đc K (kW) Suy ra: Theo (3.6): Pz.v d N đc K 60.1020 (4.3) 87 Pz = -797 + 105,1.v + 70212.f - 926.v.f lực cắt (N) v: vận tốc cắt (m/phút) K : hiệu suất, K = 0,85 N đc : cơng suất động (kW), N đc = 7,5 Kw Thay vào công thức (4.3) ta có: Pz.v ≤ 390,15 (4.4) b Nhiệt cắt lớn cho phép Theo (3.5): ΔT = 0,99 + 0,626.v + 126,2.f + 2,39.v.f => 0,99 + 0,626.v +126,2.f + 2,39.v.f ≤ 500 (oC) (4.5) c Tốc độ cắt lớn cho phép Do dao tiện định hình làm thép gió P18 => v ≤ 40 (m/ph) (4.6) d Tốc độ tiến dao lớn nhất, nhỏ cho phép Tốc độ tiến dao phải nằm phạm vi máy f ≤ fmax = (mm) (4.7) f ≥ fmin = 0,02 (mm) (4.8) e Tốc độ cắt lớn nhất, nhỏ cho phép Số vòng quay trục phải nằm phạm vi số vịng quay cho phép máy, nghĩa là: ntc d nmax = 1400 (vòng/phút) (4.9) ntc t nmin = 11,5 (vòng/phút) (4.10) 1000.v (vịng/phút) ta có: S D S D.nmax S D.nmin v t vd 1000 1000 Với nTC Do đường kính phôi 30 mm => v ≥ 1,0833 (m/phút) (4.11) v ≤ 131,88 (m/phút) (4.12) Lưu ý: Điều kiện ràng buộc độ xác gia cơng khơng độ nhám bề mặt khơng xét đến bề mặt gia công không lắp ghép 88 4.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TỐN TỐI ƯU Như trình bày, hàm mục tiêu luận án thời gian gia công nhỏ (tương ứng với suất cao nhất), có nghĩa là: v.f → Max Tức hàm mục tiêu f o f v, f max Với hàm ràng buộc trên, toán quy hoạch phi tuyến Ta logarit hóa hàm ràng buộc, hàm mục tiêu đổi biến để chuyển toán quy hoạch phi tuyến toán quy hoạch tuyến tính (QHTT) Với tốn QHTT giải nhiều phương pháp, phương pháp giải tích phương pháp đồ thị sử dụng phổ biến với hỗ trợ công cụ tin học 4.2.1 Phương pháp đồ thị Phương pháp thực với tốn QHTT có biến Ta dựng đồ thị cho tất bất đẳng thức ràng buộc để xác định miền giới hạn, có chứa giá trị tối ưu X , X Vẽ đường mức tương ứng với hàm mục tiêu Tìm giá trị đường mức lớn (đối với toán hàm mục tiêu Max) cho đường mức quét qua miền ràng buộc 4.2.2 Phương pháp giải tích Đây phương pháp giải tốn tối ưu phổ biến hiệu quả, hạn chế phương pháp địi hỏi tính tốn xử lý số liệu thực nghiệm lớn, mức độ phức tạp tăng lên số lượng bất phương trình tăng lên Tuy nhiên, với phát triển lập trình tốn học cơng cụ, phần mềm giải toán đời để giải vấn đề Xét tốn qui hoạch tuyến tính: ­ n °¦ c j x j Ÿ max °j n đƯ aại x j (d, , t)bi ; i 1, m °j ° x t 0; j 1, n ° j ¯ Trong đó: (1) hàm mục tiêu (max) (2) điều kiện biên (1) (2) (3) 89 (3) điều kiện không âm biến số n = 2: Số biến thực tốn m = 6: Số phương trình, bất phương trình điều kiện biên (số hàm giới hạn) Với dạng tốn quy hoạch tuyến tính sử dụng nhiều phần mềm để giải như: Lindo, Matlab, v.v Tuy nhiên, với số lượng biến đầu vào số ràng buộc không lớn (2 biến ràng buộc), ta sử dụng cơng cụ Solver phần mềm Microsoft Excel để giải toán tối ưu Các bước giải toán: Bước 1: Xây dựng hàm mục tiêu Bước 2: Xây dựng ràng buộc Bước 3: Tổ chức liệu bảng tính Excell Bước 4: Sử dụng cơng cụ Solve để tìm phương án tối ưu Ta có hàm ràng buộc (4.4); (4.5); (4.6); (4.7); (4.8); (4.11); (4.12) Pz.v ≤ 390,15 0,99 + 0,626.v +126,2.f + 2,39.v.f ≤ 500 (oC) v ≤ 40 (m/ph) f ≤ fmax = (mm) f ≥ fmin = 0,02 (mm) v ≥ 1,0833 (m/phút) Sau sử dụng công cụ Solver phần mềm Microsoft Excel để giải tốn tối ưu Ta có kết tính tốn tối ưu thể Bảng 4.1 Bảng 4.1 Kết toán tối ưu STT Thông số Đơn vị Kết Tốc độ cắt v m/phút 37,58747 Tốc độ tiến dao f mm/vòng 0,204099 Lực cắt Pz N 10379,79 Nhiệt cắt ΔT Pz.v 390150 Hàm mục tiêu v.f 7,671582 o C 68,69383 90 Dựa vào thông số thực tế máy ta chọn chế độ gia công sau: f = 0,196 (mm/vòng) v = 37,58746 (m/phút) => n = 399,0176 (vòng/phút) Chọn n = 400 (vòng/phút) Như vậy, chi tiết gia công thân động đạn chữa cháy 60mm ĐCC60 với kích thước yêu cầu kỹ thuật cụ thể vẽ vật liệu thép 45, thực trình tiện máy tiện vạn ZMM CU 5000MT dao tiện định hình chế tạo Việt Nam, chế độ cắt tối ưu để suất gia công lớn mà đảm bảo yêu cầu chất lượng, nhiệt cắt, lực cắt là: n = 400 (vòng/phút); f = 0,196 (mm/vòng) 91 Kết luận chương Nội dung chương luận án sâu nghiên cứu xây dựng toán tối ưu chế độ công nghệ với hàm mục tiêu “Năng suất gia công lớn nhất” Xuất phát từ yêu cầu cho phép hệ thống công nghệ để xây dựng điều kiện ràng buộc toán tối ưu máy, yêu cầu dao, yêu cầu chi tiết gia công Bằng việc sử dụng câc phần mềm hỗ trợ giải toán (Minitab, Microsoft Excell) phần tính tốn trở nên dễ dàng, độ xác cao tin cậy Qua lựa chọn chế độ công nghệ phù hợp với yêu cầu thực tiễn, góp phần nâng cao suất, tiết kiệm chi phí đồng thời tạo điều kiện thuận lợi tổ chức, quản lý sản xuất Các giá trị tối ưu tìm đáp ứng cân tiêu chất lượng bề mặt gia công, mịn dụng cụ khả hệ thống cơng nghệ Kết nghiên cứu đưa thông số chế độ cắt tối ưu tiện định hình động đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60 dao tiện định hình chế tạo Việt Nam, cụ thể: Tốc độ vòng quay n = 400 (vòng/phút); tốc độ tiến dao f = 0,196 (mm/vịng) thơng tin quan trọng cho việc định chọn lựa thông số gia công sản xuất 92 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Kết luận Trong gia cơng khí nói chung, q trình tiện nói riêng vấn đề nghiên cứu cải tiến cơng nghệ vô quan trọng, gồm cải tiến phần cứng như: thiết bị, trang bị, dụng cụ,v.v cải tiến phần mềm như: Lập trình điều khiển gia cơng, tối ưu hóa thơng số cơng nghệ,v.v Ở Việt Nam nay, việc ứng dụng phần cứng, phần mềm q trình gia cơng phổ biến thực tế đem lại nhiều hiệu thiết thực Tuy nhiên, vấn đề nghiên cứu, cải tiến để tạo phần cứng, phần mềm chưa quan tâm cách thỏa đáng Nếu nước không chủ động, khơng đầu tư chiều sâu vấn đề phụ thuộc vào nước ngoài, thị trường tất yếu xảy Xuất phát từ tinh thần phạm vi giới hạn nghiên cứu, luận án thực số nội dung sau: 1- Nghiên cứu đặc điểm tiện, tập trung nghiên cứu dụng cụ cắt đặc điểm tiện định hình Nghiên cứu lý thuyết lực cắt, nhiệt cắt tiện – Giới thiệu chung công dụng, cấu tạo đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60 chi tiết cần gia công động đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60 Thiết kế dao tiện định hình gá dao tiện định hình đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt 3- Thực nghiệm ảnh hưởng tốc độ cắt, tốc độ tiến dao đến thành phần lực cắt, nhiệt cắt tiện định hình Từ xây dựng mối quan hệ tốc độ cắt, tốc độ tiến dao đến lực cắt, nhiệt cắt tiện định hình 4- Xây dựng mơ hình tốn tối ưu để xác định chế độ cắt tối ưu tiện định hình động đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60 dao tiện định hình chế tạo Việt Nam, hàm mục tiêu suất lớn điều kiện biên máy, dao, chất lượng gia công Kết nghiên cứu đưa thơng số chế độ cắt tối ưu: Tốc độ vịng quay n = 400 (vòng/phút); Tốc độ tiến dao s = 0,196 (mm/vịng), thơng tin quan trọng cho việc định chọn lựa thông số gia công sản xuất Hướng nghiên cứu Trong sản xuất khí nói chung, gia cơng tiện định hình nói riêng lĩnh vực vơ rộng lớn Nhưng có điểm chung vấn đề nâng cao suất, chất lượng sản phẩm, giảm thời gian gia cơng Để đạt điều địi hỏi phải có nhiều nghiên cứu Trong nghiên cứu thực nghiệm khảo sát giới 93 hạn số vấn đề: Vật liệu gia công thép 45, vật liệu làm dao thép P18, số thông số hình dạng, hình học, tối ưu hóa hàm mục tiêu với số thông số chế độ cắt, dao định hình dao lăng trụ Vì hướng nghiên cứu luận án tập trung giải vấn đề sau: 1- Nghiên cứu tối ưu hóa tiện định hình gia cơng vật liệu khó gia công khác vật liệu dẻo 2- Nghiên cứu tối ưu hóa tiện định hình động đạn chữa cháy 60mm ĐCC60 dao định hình hình trịn 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO [01] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý (2013), Nguyên lý gia công vật liệu, NXB KHKT, Hà Nội [02] Bành Tiến Long, Bùi Ngọc Tuyên (2013), Lý thuyết tạo hình bề mặt ứng dụng kỹ thuật khí, NXB GDVN, Hà Nội [03] Lê Công Dưỡng (1997), Vật liệu học, NXB KHKT, Hà Nội [04] Nghiêm Hùng (1997), Sách tra cứu thép, gang thông dụng, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [05] Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt (2007), Sổ tay công nghệ chế tạo máy, NXB KHKT, Hà Nội [06] Nguyễn Thị Phương Giang, Trần Thế Lục, Lê Thanh Sơn (2011), Hướng dẫn thiết kế dụng cụ cắt kim loại, NXB GDVN [07] Nguyễn Viết Tiếp (1997), Nghiên cứu tính gia cơng vật liệu chế tạo máy ứng dụng, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [08] Nguyễn Chí Đạt, Nguyễn Duy, Trần Sỹ Tuý, Trịnh Văn Tự (1977), Nguyên lý cắt kim loại, NXB Đại học trung học chuyên nghiệp [09] Nguyễn Văn Dự, Nguyễn Đăng Bình (2011), Quy hoạch thực nghiệm kỹ thuật, NXB KHKT, Hà Nội [10] Nguyễn Doãn Ý (2009), Xử lý số liệu thực nghiệm kỹ thuật, NXB KHKT, Hà Nội [11] Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt (2006), Công nghệ chế tạo máy, NXB KHKT Hà Nội [12] Nguyễn Chí Cơng (2017), Nghiên cứu đặc tính cắt mảnh dao thay nhiều cạnh hợp kim cứng chế tạo Việt Nam gia công thép không gỉ SUS304 máy tiện CNC, Luận án tiến sĩ - ĐHBK Hà Nội 95 PHỤ LỤC Bản vẽ chi tiết gá dao tiện định hình 96