(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số chế độ cắt và đặc trưng của đá mài đến chất lượng bề mặt chi tiết khi mài hớt lưng

15 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -o0o - NGUYỄN HUY KIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CẮT VÀ ĐẶC TRƯNG CỦA ĐÁ MÀI ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI HỚT LƯNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2023 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -o0o - NGUYỄN HUY KIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CẮT VÀ ĐẶC TRƯNG CỦA ĐÁ MÀI ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI HỚT LƯNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM VĂN ĐÔNG PGS.TS TRẦN VỆ QUỐC Hà Nội - Năm 2023 i LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn tập thể Thầy hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Văn Đơng PGS.TS Trần Vệ Quốc tận tình hướng dẫn hỗ trợ nghiên cứu sinh suốt thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thiện luận án Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Cơ khí, Trung tâm Đào tạo Sau đại học, Phòng KH&CN, Phòng Đào tạo, Phòng Tổ chức – Hành chính, Trung tâm Cơ khí - Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Công ty KEYENCE Việt Nam, Công ty CP Đá mài Hải Dương, tạo điều kiện giúp đỡ nghiên cứu sinh suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Trân trọng cảm ơn tập thể nhà khoa học lĩnh vực Cơ khí chế tạo máy Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Học Viện kỹ thuật Quân Sự, Viện nghiên cứu Cơ khí, Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Trường Đại học Giao thông Vận tải, giúp đỡ hỗ trợ nghiên cứu sinh trình thực luận án Hà Nội, ngày 26 tháng 10 năm 2023 TÁC GIẢ LUẬN ÁN Nguyễn Huy Kiên ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn PGS.TS Phạm Văn Đông PGS.TS Trần Vệ Quốc Kết trình bày luận án trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Các nội dung tham khảo từ tài liệu trích dẫn rõ ràng, đầy đủ trung thực Hà Nội, ngày 26 tháng 10 năm 2023 TÁC GIẢ LUẬN ÁN Nguyễn Huy Kiên iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU .xiii PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẶT CONG ACSIMET VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI MÀI 1.1 Tổng quan mặt cong Acsimet 1.1.1 Đường cong Acsimet 1.1.2 Mặt cong Acsimet .5 1.1.2.1 Các dạng mặt cong Acsimet 1.1.2.2 Ứng dụng mặt cong có đường chuẩn Acsimet dụng cụ cắt 1.1.2.3 Phương pháp dụng cụ gia cơng mặt cong có đường chuẩn Acsimet 1.2 Tổng quan phương pháp gia công mài chất lượng bề mặt mài 14 1.2.1 Tổng quan phương pháp gia công mài mài mặt cong .14 1.2.1.1 Các phương pháp mài 14 1.2.1.2 Nghiên cứu nước mài 15 1.2.2 Tổng quan nghiên cứu ảnh hưởng số thông số đến chất lượng bề mặt mài 18 1.1.2.1 Ảnh hưởng số thông số đến nhám bề mặt .19 1.2.2.2 Ảnh hưởng số thông số công nghệ đến mức độ thay đổi độ cứng bề mặt mài 26 1.2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số đến chiều dày lớp thay đổi độ cứng bề mặt mài .30 Kết luận Chương .31 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DAO PHAY HỚT LƯNG, QUÁ TRÌNH MÀI, PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM VÀ TỐI ƯU HÓA .32 2.1 Cơ sở lý thuyết dao phay hớt lưng .32 2.1.1 Đặc điểm kết cấu dao phay hớt lưng 32 2.1.2 Đường cong hớt lưng dao phay 32 2.1.3 Dao phay bánh côn cong 39 2.1.3.1 Phân loại dao phay bánh côn cong 39 2.1.3.2 Dao phay BRCC hệ Gleason 40 2.2 Cơ sở lý thuyết trình mài .44 2.2.1 Khái quát chung 44 iv 2.2.2 Đặc điểm trình cắt mài .45 2.2.3 Một số tượng vật lý xảy trình mài .46 2.2.3.1 Quá trình tạo phoi mài .46 2.2.3.2 Biến đổi cấu trúc lớp bề mặt 46 2.2.3.3.Động học động lực học trình mài 47 2.2.3.4 Nhiệt cắt mài 52 2.2.3.5 Công suất cắt mài .54 2.2.3.6 Rung động mài 54 2.2.4 Đá mài 54 2.2.4.1 Vật liệu hạt mài 54 2.2.4.2 Vật liệu chất dính kết .55 2.2.4.3 Độ hạt đá mài 55 2.2.4.4 Cấu trúc đá mài 56 2.2.4.5 Độ cứng đá mài 56 2.3 Một số thông số đặc trưng chất lượng bề mặt mài .57 2.3.1 Khái quát chất lượng bề mặt gia công 57 2.3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công 57 2.3.3 Phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt 58 2.3.3.1 Phương pháp đạt nhám bề mặt .58 2.3.3.2 Phương pháp đạt độ cứng bề mặt .58 2.3.4 Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt 59 2.3.4.1 Đánh giá nhám bề mặt .59 2.3.4.2 Đánh giá mức độ thay đổi độ cứng chiều dày lớp thay đổi độ cứng 59 2.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 60 2.4.1 Cơ sở lựa chọn dạng quy hoạch thực nghiệm 60 2.4.2 Khái quát phương pháp Taguchi .60 2.4.3 Phương pháp phân tích số liệu thực nghiệm 61 2.4.3.1 Phương pháp phân tích hệ số S/N .61 2.4.3.2 Phân tích giá trị hệ số Fisher (F) 62 2.4.3.3 Phương pháp phân tích thay đổi 62 2.4.3.4 Phương pháp tối ưu hóa 63 2.4.3.5 Khoảng phân bố trị số tối ưu 63 2.5 Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu 65 2.5.1 Phương pháp TOPSIS 66 2.5.1.1 Các bước thực sử dụng phương pháp TOPSIS 66 2.5.1.2 Các bước tính tốn trọng số phương pháp AHP .68 2.5.2 Phương pháp FUCA .69 2.5.3 Phương pháp MARCOS .70 v Kết luận Chương .71 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÀI HỚT LƯNG MẶT SAU RĂNG DAO PHAY BÁNH RĂNG CÔN CONG HỆ GLEASON 72 3.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu thực nghiệm 72 3.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 72 3.1.2 Nội dung nghiên cứu 72 3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 72 3.2.1 Xây dựng mơ hình nghiên cứu 74 3.2.1.1 Mơ hình nghiên cứu 74 3.2.1.2 Sơ đồ thực nghiệm .74 3.2.1.3 Chọn tiêu đánh giá .75 3.2.1.4 Chọn thông số đầu vào 75 3.2.1.5 Các yếu tố điều khiển 76 3.2.1.6 Nhiễu mài hớt lưng mặt cong Acsimet 76 3.2.2 Xây dựng hệ thống thực nghiệm .77 3.2.2.1 Yêu cầu chung hệ thống điều kiện thực nghiệm, thiết bị đo 77 3.2.2.2 Máy gia công dùng thực nghiệm 77 3.2.2.3 Dụng cụ cắt 79 3.2.2.3 Phôi thực nghiệm .81 3.2.2.5 Hệ thống thiết bị đo 86 3.3 Thiết kế thông số xây dựng ma trận thực nghiệm 90 3.3.1 Thiết kế thông số đầu vào 90 3.3.1.1 Thông số đá mài tinh 90 3.3.1.2 Thông số chế độ cắt 91 3.3.1.3 Chế độ trơn nguội 92 3.3.2 Lựa chọn thông số đầu 92 3.3.3 Thiết kế ma trận thực nghiệm 92 3.3.4 Tiến hành thực nghiệm 93 3.4 Kết nghiên cứu thực nghiệm 94 3.4.1 Kết đo nhám bề mặt Ra .94 3.4.2 Kết đo mức độ thay đổi độ cứng ∆H 95 3.4.3 Kết đo chiều dày lớp thay đổi độ cứng L 97 Kết luận Chương .99 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT VÀ TỐI ƯU HĨA THƠNG SỐ KHI MÀI HỚT LƯNG 100 4.1 Ảnh hưởng số thông số đến chất lượng bề mặt mài 100 4.1.1 Đánh giá ảnh hưởng đến nhám bề mặt gia công 100 4.1.1.1 Mức độ ảnh hưởng số thông số đến nhám bề mặt 100 vi 4.1.1.2 Xu hướng ảnh hưởng số thơng số đến nhám 102 4.1.1.3 Ảnh hưởng tương tác số thông số đến nhám bề mặt .103 4.1.2 Đánh giá ảnh hưởng đến mức độ thay đổi độ cứng bề mặt gia công ∆H 104 4.1.2.1 Ảnh hưởng số thông số đến mức độ thay đổi độ cứng 104 4.1.2.2 Xu hướng ảnh hưởng số thơng số đến mức độ thay đổi độ cứng105 4.1.2.3 Ảnh hưởng tương tác số thông số đến mức độ thay đổi độ cứng 106 4.1.3 Đánh giá ảnh hưởng đến chiều dày lớp thay đổi độ cứng ∆L 107 4.1.3.1 Mức độ ảnh hưởng số thông số đến chiều dày lớp thay đổi độ cứng .107 4.1.3.2 Xu hướng ảnh hưởng số thơng số đến chiều dày lớp thay đổi độ cứng 108 4.1.3.3 Ảnh hưởng tương tác số thông số đến chiều dày lớp thay đổi độ cứng 110 4.2 Nghiên cứu toán tối ưu đơn mục tiêu .111 4.2.1 Xác định giá trị hợp lý theo tiêu nhám bề mặt gia công (Ra) 111 4.2.1.1 Ảnh hưởng số thông số công nghệ đến S/N Ra 111 4.2.1.2 Xác định giá trị hợp lý Ra 112 4.2.2 Xác định giá trị hợp lý mức độ thay đổi độ cứng bề mặt ∆H 113 4.2.2.1 Ảnh hưởng số thông số công nghệ đến S/N ∆H 113 4.2.2.2 Xác định giá trị hợp lý ∆H 114 4.2.3 Xác định giá trị hợp lý chiều dày lớp thay đổi độ cứng ∆L .115 4.2.3.1 Ảnh hưởng số thông số công nghệ đến S/N ∆L 115 4.2.3.2 Xác định giá trị hợp lý ∆L 116 4.3 Nghiên cứu tối ưu đa mục tiêu trình mài hớt lưng 117 4.3.1 Đặt vấn đề .117 4.3.2 Kết tối ưu phương pháp TOPSIS kết hợp phân tích ANOVA 117 4.3.2.1 Kết tối ưu phương pháp TOPSIS 117 4.3.2.2 Kết tối ưu phân tích ANOVA 121 4.3.3 Kết tối ưu phương pháp FUCA kết hợp phân tích ANOVA .123 4.3.3.1 Kết tối ưu phương pháp FUCA .123 4.3.3.2 Kết tối ưu phân tích ANOVA 124 4.3.4 Kết tối ưu phương pháp MARCOS kết hợp phân tích ANOVA 126 4.3.4.1 Kết tối ưu phương pháp MARCOS .126 4.3.4.2 Kết tối ưu phân tích ANOVA 128 4.3.5 Phân tích lựa chọn kết phương pháp tối ưu 131 Kết luận chương 133 KẾT LUẬN CHUNG .135 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 136 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 137 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 138 vii DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị G Độ hạt đá mài Hđ Độ cứng đá mài Vđ Vận tốc cắt đá mài S Bước tiến m/ph Vct Vận tốc chi tiết m/ph t Chiều sâu cắt mm nct Tốc độ quay chi tiết Vòng/ph nđc Tốc độ quay động Vịng/ph Nđc Cơng suất động kW 10 Ra Sai lệch profin trung bình bề mặt chi tiết m 11 Rz Chiều cao nhấp nhơ trung bình bề mặt chi tiết m 12 H Mức độ thay đổi độ cứng 13 L Chiều sâu thay đổi độ cứng 14 MV1 Mềm vừa (độ cứng đá mài) 15 MV2 Mềm vừa (độ cứng đá mài) 16 TB1 Trung bình (độ cứng đá mài) 17 TB2 Trung bình (độ cứng đá mài) 18 Dtb Đường kính trung bình đầu dao 19 CBN 20 HB 21 HRC 22 T Tuổi bền dụng cụ theo thời gian 23 Fc Lực cắt tổng hợp 24 Pc Công suất 25 Qc Năng lượng bóc tách vật liệu J 26 Fx Lực cắt theo phương x N 27 Fy Lực cắt theo phương y N 28 Fz Lực cắt theo phương z N 29 AFx Biên độ lực cắt theo phương x N 30 AFz Biên độ lực cắt theo phương z N m/s HRC µm mm Cubic Boron Nitride Đơn vị đo độ cứng theo phương pháp Brinell Đơn vị đo độ cứng theo phương pháp Rockwell C phút N kW viii TT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị 31 Ax Biên độ rung động theo phương x µm 32 Ay Biên độ rung động theo phương y µm 33 Az Biên độ rung động theo phương z µm 34 Vhm Phần trăm thể tích hạt mài % 35 CNC 36 QTGC 37 MQL Bộ điều khiển số với hỗ trợ máy tính (Computer Numerical Control) Q trình gia cơng Lưu lượng dung dịch tưới nguội mức tối thiểu 38 (Minimum quantity lubrication) Góc sắc độ 39 Góc trước độ 40 Góc nâng độ 41 Góc sau độ Lượng dư gia công mm 42 az 43 HDM 44 Digital holographic microscopy (Kính hiển vi tồn ảnh số) ANOVA Phân tích phương sai (Analysis of Variance) 45 K Lượng hớt lưng 46 47 Tm N Nhiệt độ cắt mài Cơng suất cắt kW 48 dhm Kích thước hạt mài mm 49 Vhm Phần trăm thể tích hạt mài 50 F Hệ số kiểm tra Fisher 51 52 R2 Hệ số xác định (độ tin cậy) Bánh côn cong BRCC Gia công máy cắt dây (Wirecut electric discharge mm C % %