Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu chế độ công nghệ sửa đá, bôi trơn làm nguội và xác định đường kính đá mài tối ưu khi thay đá để nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ

TỔNG QUAN VỀ MÀI LỖ

Giới thiệu về mài lỗ

1.1.1 Các sơ đồ mài lỗ

Khi mài lỗ có đường kính nhỏ hơn 50mm, đường kính đá mài nên đạt từ 0,7 đến 0,9 lần đường kính lỗ cần mài Có hai phương pháp mài lỗ là mài có tâm và mài vô tâm Trong nghiên cứu này, phương pháp mài có tâm sẽ được sử dụng vì đây là phương pháp phổ biến và thường được áp dụng hơn.

Hình 1.1 Sơ đồ mài lỗ có tâm [1]

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý mài tròn trong vô tâm [1]

Mài lỗ có tâm có hai cách gá đặt chi tiết

Phương pháp mài chi tiết thứ nhất là kẹp chặt chi tiết trên mâm cặp và quay tròn với tốc độ nω Trong quá trình này, trục đá quay nđ thực hiện cả chuyển động chạy dao dọc và chạy dao ngang (fa, fr) Phương pháp này thường được áp dụng để mài các chi tiết nhỏ, các mặt tròn xoay, và những vật dễ gá trên mâm cặp.

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật

Cách thứ hai trong gia công chi tiết là việc gá cố định trên bàn máy, cho phép trục mang đá thực hiện các chuyển động cần thiết như quay tròn, chạy dao dọc hoặc ngang, và chuyển động hành tinh quanh tâm lỗ gia công Điều này giúp cắt hết bề mặt chu vi lỗ một cách hiệu quả Chuyển động hành tinh của đá trong cách này thay thế cho chuyển động quay tròn của chi tiết gia công ở cách thứ nhất, mang lại sự thuận tiện đặc biệt khi gia công các chi tiết lớn như thân động cơ, hộp và các chi tiết cồng kềnh.

1.1.2 Trục mang đá của đá mài lỗ

Trục mang đá (quill) đóng vai trò quan trọng trong việc đưa đá mài tiếp cận vùng cắt, giúp tăng cường hiệu quả gia công Với thiết kế tiêu chuẩn của trục chính máy mài, trục mang đá có độ tùy biến cao, mở rộng khả năng sử dụng của trục chính Kết cấu của trục mang đá ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng vững của đá mài, từ đó tác động đến độ chính xác trong quá trình gia công.

Có 2 phương pháp gắn trục mang đá với trục chính và phụ thuộc vào thiết kế trục chính gồm: gắn bằng ren và gắn bằng bề mặt côn (hình 1.3) Loại trục mang đá gắn với trục chính bằng ren là loại rất phổ biến nhất

Hình 1.3 Kết cấu trục mang đá của đá mài lỗ b Kết cấu gắn đá mài với trục mang đá

Có 3 phương pháp gắn đá mài với trục mang đá

Phương pháp gắn đá mài bằng keo (hình 1.4a) thường được áp dụng cho đá mài có đường kính nhỏ, giúp tăng cường độ cứng vững của trục mang đá Tuy nhiên, việc thay thế đá mài gặp nhiều khó khăn Các phương pháp khác bao gồm gắn đá mài bằng ren và gắn đá mài bằng collet Hình 1.4 minh họa kết cấu gắn đá mài với trục mang đá.

- Gắn bằng ren (hình 1.4b): phương pháp này được sử dụng cho sản xuất loạt lớn và đòi hỏi phải thay đá thường xuyên

Phương pháp gắn bằng collet (hình 1.4c) được áp dụng để xử lý các loại đá mài có kích thước khác nhau, giúp việc thay đổi đá mài trở nên dễ dàng hơn Các thông số của trục mang đá cũng cần được chú ý để đảm bảo hiệu quả làm việc.

Chiều dài trục mang đá ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng vững của đá; trục càng ngắn thì đá càng cứng vững Tuy nhiên, để đảm bảo quá trình mài diễn ra hiệu quả, chiều dài trục mang đá cần phải đủ dài để mài hết chiều dài của lỗ.

Đường kính trục mang đá mài cần được chọn lớn nhất có thể để đảm bảo độ cứng tối ưu và tăng tuổi thọ của đá mài.

- Độ cứng vững: độ cứng vững hợp lý được xác định [44] như sau:

Trong đó: E – Modul đàn hồi của vật liệu làm trục mang đá (N/mm 2 )

D – Đường kính trục mang đá (mm)

L – Chiều dài trục mang đá (mm)

1.1.3 Vị trí và vai trò của nguyên công mài lỗ trong quy trình công nghệ

Trong quy trình gia công các chi tiết lỗ sau nhiệt luyện, mài và tiện là hai phương pháp phổ biến được lựa chọn bởi các nhà công nghệ Việc chọn phương pháp gia công phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu sản phẩm và ưu nhược điểm của từng phương pháp Thông thường, tiện được sử dụng cho gia công thô, trong khi mài được chọn cho gia công tinh lần cuối.

Hình 1.5 Các lựa chọn cho quá trình gia công tinh bề mặt lỗ [17]

Mỗi phương pháp gia công tinh lần cuối như mài lỗ và tiện cứng đều có những ưu nhược điểm riêng, không có phương pháp nào là hoàn hảo Thay vào đó, các phương pháp này bổ trợ cho nhau, như thể hiện trong bảng 1.1 Một trong những ưu điểm nổi bật của phương pháp mài là chi phí gia công thấp nhưng vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cần thiết.

Gia công thô Gia công tinh

Bảng 1.1 Ưu điểm và nhược điểm của tiện cứng và mài khi gia công tinh bề mặt lỗ [17]

Tiện cứng Mài lỗ Ưu điểm:

- Có thể cắt khô – thân thiện với môi trường

- Chất lượng bề mặt tốt Ưu điểm:

- Chất lượng bề mặt tốt

- Có thể kiểm soát các dạng hỏng trên lớp bề mặt gia công

- Lượng dư gia công nhỏ

- Chi phí cho đá mài rẻ

- Cắt khô có thể gây nhiệt cắt lớn

- Quá trình cắt thiếu ổn định do dao tiện chỉ cắt đơn điểm

- Lớp bề mặt bị biến trắng do nhiệt cao

- Chi phí cho dụng cụ cắt lớn

- Khó gia công lỗ sâu

- Lượng dư gia công lớn

- Bắt buộc phải sử dụng dung dịch BTLN – gây ô nhiễm môi trường

- Khó (không thể) tái chế phoi

- Mức độ tiêu thụ năng lượng cao

- Năng suất bóc tách không cao

- Phải sửa đá (mất nhiều thời gian)

Các đặc điểm của quá trình mài lỗ

1.2.1 Chiều dài cung tiếp xúc l k

Khi không tính đến biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ, chiều dài cung tiếp xúc giữa đá mài và chi tiết trong quá trình gia công mài lỗ được xác định bằng một công thức cụ thể.

Trong đó: Vct – vận tốc chi tiết (mm/ph)

Vđ – vận tốc cắt (m/s) u = nw.fa

Dgw – đường kính đá mài dw – đường kính chi tiết

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật t – chiều sâu cắt

Dấu “+” được lấy khi chi tiết và đá mài quay cùng chiều, dấu

“-” được lấy khi chi tiết và đá mài quay ngược chiều

Khi mài chạy dao ngang, fa = 0 thì u = 0 ta có: w w ct w w

Nếu coi như trong quá trình mài chi tiết đứng yên (vw = 0) và u = 0 thì: w w w w

Theo công thức 1.4, đường kính đá mài Dgw lớn hơn đường kính chi tiết dw sẽ dẫn đến chiều dài cung tiếp xúc lớn hơn Nghiên cứu so sánh chiều dài cung tiếp xúc lk giữa các phương pháp mài cho thấy mối quan hệ: lo ph ng k k k l l l.

Hình 1.6 Chiều dài cung tiếp xúc của các phương pháp mài

Chiều dài cung tiếp xúc giữa đá mài và chi tiết trong trường hợp mài lỗ là lớn nhất trong các phương pháp mài

1.2.2 Chiều dày lớp cắt khi mài a z

Chiều dày lớp cắt được tính theo công thức tổng quát sau [11] (hình 1.9) w w w w w w

Trong đó: t – Chiều sâu cắt thực tế của một hạt mài (mm) l – Khoảng cách thực tế giữa cát hạt mài (mm)

Bgw – Chiều rộng của đá (mm) ξ – Hệ số: với mài lỗ ξ = -1, với mài ngoài ξ = +1, với mài phẳng ξ = 0

Chiều dày lớp cắt được xác định bởi tất cả các thông số của quá trình mài Trị số az có ảnh hưởng lớn đến tải trọng tác dụng lên hạt mài, tuổi bền của hạt mài, và mức độ mòn của đá mài.

Phương trình 1.6 được coi là phương trình cơ bản trong quá trình mài Chiều dày lớp cắt của hạt mài trong các hình thức mài lỗ, mài phẳng và mài tròn có mối quan hệ chặt chẽ với nhau.

1.2.3 Đường kính tương đương của đá mài Đường kính tương đương cũng được sử dụng trong quá trình nghiên cứu về mài Đường kính tương đương được xác định theo [31]: w w w w

Khi mài, dấu “+” được ghi nhận khi mài tròn ngoài, trong khi dấu “-” được áp dụng cho mài lỗ Đường kính tương đương khi mài phẳng bằng đường kính đá mài Theo phương trình 1.8, đường kính tương đương khi mài lỗ là lớn nhất, tiếp theo là khi mài phẳng, và nhỏ nhất là khi mài tròn ngoài.

1.2.4 Quá trình tách phoi của hạt mài

Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài bằng chất dính kết Hạt mài có nhiều cạnh cắt và có bán kính tròn rs ở đỉnh (hình 1.7)

Theo Grof [65], quá trình tách phoi của hạt có thể chia làm 6 giai đoạn được minh họa trong hình 1.8

+ Giai đoạn 1: Hạt mài tiếp xúc với chi tiết, biến dạng tại đây là biến dạng đàn hồi và chưa hình thành phoi

Trong giai đoạn 2, khi hạt mài tiếp xúc sâu vào chi tiết, mảnh phoi được hình thành và trải qua quá trình nén, uốn cong Với góc cắt lớn của hạt mài, phoi lúc này sẽ có hình dạng phẳng.

Hình 1.7 Hình dạng hạt mài và phân tích lưỡi cắt [31]

Giai đoạn 3 diễn ra khi lượng chạy dao nhỏ, dẫn đến việc phoi hình thành dạng sợi Ngược lại, khi lượng chạy dao lớn, lưỡi cắt sẽ xuyên vào vật liệu mềm hơn, khiến hạt mài tiếp xúc với vật liệu và tạo ra nhiệt độ cao.

Hình 1.8 Quá trình tách phoi của hạt mài [65]

Giai đoạn 4 của quá trình gia công cho thấy ảnh hưởng của nhiệt, làm nóng chảy một phần phoi Nếu quá trình tiếp xúc giữa lưỡi cắt và vật liệu gia công kết thúc tại giai đoạn này, sẽ tạo ra phoi có hình dạng giống như “nòng nọc”.

Trong giai đoạn 5, nếu lưỡi cắt và vật liệu gia công tiếp tục tiếp xúc, phoi sẽ hình thành dạng sợi và rơi ra khỏi bề mặt của vật liệu gia công.

+ Giai đoạn 6: Phoi nóng chảy sẽ trở thành dạng cầu do sức căng mặt ngoài

Hình 1.9 Quá trình tạo phoi khi mài [35]

Quá trình tạo phoi bắt đầu với đá mài có bán kính lưỡi cắt rs và góc α nhỏ, dẫn đến việc vật liệu không hình thành phoi ngay lập tức mà trải qua biến dạng đàn hồi và dẻo Vật liệu sẽ bị đẩy sang hai bên hoặc dồn qua mặt trước và mặt sau của hạt mài.

Khi lưỡi cắt tiếp tục ăn sâu vào chi tiết với chiều sâu đủ lớn và chiều dày lớp cắt az bằng hoặc lớn hơn chiều sâu cắt tối thiểu Tμ, phoi sẽ được hình thành Trong quá trình này, sự dồn ép kim loại gây ra biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi xảy ra đồng thời Hình dáng lưỡi cắt và vận tốc cắt cũng ảnh hưởng đến chiều dày lớp cắt khi mài az.

1.2.5 Năng suất bóc tách của quá trình mài a, Năng suất bóc vật liệu

Với mài lỗ chạy dao dọc năng suất của một bước gia công được tính theo công thức sau [31]: w w a r

Trong đó: dw – Đường kính phôi (mm) fa – Lượng chạy dao dọc (mm/giây) fr – Lượng chạy dao hướng kính (mm/hành trình)

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật b, Năng suất của nguyên công mài

Năng suất mài, được tính cho một nguyên công mài, được xác định bằng thể tích hoặc khối lượng kim loại bị bóc đi trong một đơn vị thời gian Công thức tính năng suất mài giúp đánh giá hiệu quả của quá trình mài.

Trong đó: MRR – năng suất mài (mm 3 /s)

V m – Thể tích kim loại bị bóc đi (mm 3 ) t c – Thời gian cơ bản của mài (s) d w0 , d we – Đường kính phôi trước và sau khi gia công

1.2.6 Lực trong quá trình mài

Lực cắt khi mài xác định theo công thức:

Trong đó: n - số hạt mài đồng thời tham gia cắt

Pi - lực cắt tác dụng lên một hạt mài

Lực cắt tác động lên hạt mài Pi được chia thành hai thành phần chính: Piz, hướng theo phương tiếp tuyến, và Piy, theo phương pháp vuông góc với bề mặt gia công.

Hình 1.10 Lực cắt tác dụng lên hạt mài [11]

s - ứng suất tiếp f - diện tích cắt

 - hệ số ma sát ở mặt trước hạt mài

x - góc trước của hạt mài

’ - hệ số ma sát trong trên mặt trượt

Các công thức (1.12), (1.13) cho thấy:

- Lực Piy lớn hơn Piz

Lực cắt Piz và Piy chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố, bao gồm loại vật liệu hạt mài và vật liệu gia công (như độ cứng, độ dẻo, và độ bền), kích thước lớp cắt (f), hình dáng và kích thước của hạt mài (góc và kích thước), cũng như chế độ cắt và các điều kiện gia công khác.

Khi mài phẳng chạy dao dọc có thể phân lực cắt Pc làm ba thành phần:

Mòn đá và tuổi bền của đá mài

Mòn đá mài là quá trình biến đổi kích thước, hình dạng và khả năng cắt của đá, chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như đặc tính của đá mài, địa hình và tính gia công của vật liệu Quá trình này bao gồm các cơ chế cơ, lý và hóa phức tạp Khi lượng mòn lớn xảy ra, sẽ dẫn đến mòn hướng kính và mòn góc đá mài, trong khi lượng mòn nhỏ gây ra mòn hạt mài.

Hình 1.12 Các dạng của đá mài [31]

Trong quá trình mài, lưỡi cắt trên các hạt mài bị mòn và cùn, dẫn đến sự biến dạng hình học của mặt cắt đá mài Hình 1.13 minh họa các dạng mòn của đá mài, bao gồm đỉnh hạt mài bị mòn (hình 1.13a) và hạt mài bị vỡ (hình 1.13b).

Trong luận án tiến sĩ về kỹ thuật mảnh, hình 1.13c minh họa hiện tượng hạt mài bị bật ra khỏi chất kết dính, hình 1.13d thể hiện hạt mài mất góc cắt, và hình 1.13e cho thấy hạt mài bị che lấp bởi phoi và tạp chất.

Hình 1.13 Các trạng thái mòn của đá mài [11]

Hạt mài có khả năng tự tạo ra các đỉnh nhọn mới, giúp phục hồi khả năng cắt của đá, hiện tượng này được gọi là tự mài sắc Ngoài ra, độ bám của chất kết dính thấp cũng góp phần vào hiện tượng mài sắc của đá.

Khi các hạt mài trở nên cùn, chúng dễ dàng bị bứt ra khỏi bề mặt làm việc, dẫn đến việc hình thành lớp bề mặt mới với các hạt cắt có khả năng cắt cao hơn Trong quá trình mài tinh với đá mài cứng, hiện tượng tự mài sắc không xảy ra, nhưng khi đá bị mòn, nhám bề mặt tăng lên, gây ra dao động và làm giảm khả năng cắt nhanh chóng, buộc phải tiến hành sửa đá Theo thời gian, lượng mòn sẽ tăng lên và các hiện tượng này sẽ xảy ra đối với hạt mài.

Hình 1.14 Sự biến đổi của lượng mòn, dạng mòn theo thời gian gia công [35]

Hình 1.15: Quá trình mòn của đá

Quá trình mòn của đá mài chia làm 3 giai đoa ̣n (hình 1.15)

Giai đoạn I của quá trình mòn ban đầu diễn ra với thời gian mòn ngắn nhưng độ mòn lại rất lớn Nguyên nhân chính là do sau khi sửa đá, các hạt mài có đỉnh sắc nhọn và nhiều hạt không bám chặt vào chất dính kết Kết quả là các hạt mài này sẽ bị mòn nhanh chóng ở đỉnh nhọn hoặc bị bật ra khỏi đá mài.

Giai đoạn II, hay còn gọi là giai đoạn mòn ổn định, là thời kỳ mà đá hoạt động với thời gian làm việc được xác định chủ yếu bởi giai đoạn này Độ mòn của đá trong giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào tải trọng cơ nhiệt.

Giai đoạn III của quá trình mòn đá là giai đoạn khốc liệt, khi các hạt đá mài đã mất đi các cạnh sắc và các lỗ rỗng trên bề mặt đá mài bị lấp đầy bởi các sản phẩm của quá trình mòn Đá không còn khả năng cắt, vì vậy cần tiến hành sửa đá để khôi phục hiệu quả sử dụng.

Tuổi bền của đá mài được xác định là thời gian hoạt động giữa hai lần sửa chữa, phản ánh khả năng chống mòn của đá mài đối với lưỡi cắt Điều này liên quan đến việc vật liệu mài bám dính lên hạt mài và sự duy trì hình dạng hình học của đá Theo nghiên cứu, mối quan hệ giữa tuổi bền và độ mòn của đá mài có thể được biểu diễn bằng công thức: q = w * t * m.

Trong đó: q - độ mòn của đá mài (m) tw - tuổi bền đá mài (phút)

Ct , m - hệ số và số mũ phụ thuộc điều kiện mài

Có thể sử dụng các phương pháp sau để xác định tuổi bền đá mài [3]:

1 Mài các chi tiết thử nghiệm: kiểm tra chất lượng và độ chính xác gia công của các chi tiết thử nghiệm để xác định số lượng chi tiết gia công lớn nhất giữa hai lần sửa đá.Việc hiệu chỉnh để tránh phế phẩm thường giảm đáng kể số lượng chi tiết gia công lớn nhất làm giảm năng suất của quá trình mài và tăng giá thành gia công Hiện nay người ta dùng điều khiển thích nghi để giải quyết vấn đề này: đo lượng mòn của đá ngay trong quá trình mài để làm tín hiệu tự động điều khiển chuyển động bù của máy sao cho luôn đảm bảo lượng mòn đá nhỏ hơn giá trị cho phép Khi đá mòn khốc liệt (không còn đảm bảo biên dạng đúng của đá, không đảm bảo độ nhẵn bóng bề mặt gia công, xuất hiện vết cháy.v.v.) thì phải sửa đá

2 Theo dõi của người thợ: khi thấy xuất hiện vết cháy, sóng bề mặt, tăng độ nhám bề mặt chi tiết gia công, có âm thanh gắt thì đó là thời điểm phải sửa đá Phương pháp này cho độ chính xác thấp

3 Đo lực pháp tuyến Py: lực Py tăng theo mức độ mòn của đá mài, thời điểm

Sự tăng đột ngột của lực Py thường dẫn đến hiện tượng bề mặt gia công bị cháy, đòi hỏi phải sửa chữa đá mài Tuy nhiên, mối liên hệ giữa lực Py và chất lượng bề mặt gia công vẫn chưa được xác định rõ ràng Hơn nữa, quy luật thống nhất của sự gia tăng lực Py trong các điều kiện mài khác nhau vẫn chưa được làm rõ, điều này đã hạn chế khả năng ứng dụng của phương pháp này trong thực tiễn.

4 Đo lực tiếp tuyến Pz: năng lượng và công suất mài được xác định qua lực Pz Tuy nhiên nhiều nghiên cứu cho thấy không có một quy luật nhất định về sự thay đổi của Pz theo độ mòn của đá

5 Đo tốc độ bóc kim loại trong quá trình mài: sự giảm tốc độ bóc kim loại phản ánh sự suy giảm khả năng cắt của đá do mòn Tốc độ bóc kim loại giảm đến giới hạn gây cháy bề mặt được chọn làm giới hạn tuổi bền đá mài

6 Đo nhiệt mài: nhiệt độ mài tăng lên cùng với độ mòn của đá làm xấu đi chất lượng bề mặt gia công Việc đo nhiệt mài quá phức tạp làm cho phương pháp này không thể ứng dụng trong sản xuất

7 Đo hệ số khả năng cắt của đá Kc, sự thay đổi của Kc theo thời gian mài phản ánh mức độ mòn của đá:

Kc - trị số Kc tại thời điểm 

Kc0 - trị số Kc ở thời điểm đầu chu kỳ tuổi bền

 - hệ số phụ thuộc vào các điều kiện mài

Tổng quan các nghiên cứu về mài lỗ

Quá trình mài, đặc biệt là mài lỗ, bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố phức tạp Hình 1.18 minh họa tác động của các thông số đầu vào đến quá trình mài và kết quả cuối cùng Từ sơ đồ, có thể thấy rằng chế độ cắt, loại đá mài, hệ thống bôi trơn làm nguội và quy trình sửa đá đều đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất mài.

Do vậy, phần nghiên cứu tổng quan này sẽ tập trung vào ba vấn đề trên Cụ thể như sau:

Hình 1.18 Mô hình hóa quá trình mài [5, 31]

1.4.1 Ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội (BTLN) đến quá trình mài lỗ

Dung dịch BTLN đóng vai trò quan trọng trong gia công mài, giúp giảm ma sát và lực cắt, đồng thời tải nhiệt ra khỏi vùng cắt và làm sạch phoi Nhiều nghiên cứu đã khẳng định sự cần thiết của dung dịch BTLN trong quá trình gia công.

Có 3 phương pháp BTLN cho mài đó là: Mài khô (Dry grinding), BTLN tối thiểu (Minimum quality grinding – MQL) và BTLN tưới tràn (Flood cooling) Mỗi phương pháp đều có những ưu/nhược điểm cũng như phạm vi ứng dụng khác nhau

Trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, mài khô và BTLN tối thiểu đang được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trong gia công cơ khí Tuy nhiên, trong quá trình gia công mài, đặc biệt là mài lỗ, BTLN tưới tràn vẫn được sử dụng phổ biến hơn so với BTLN tối thiểu Mài khô chủ yếu được áp dụng trong mài phẳng, và đến nay chưa có công bố nào về việc áp dụng cho mài lỗ.

Nghiên cứu về cách đưa dung dịch BTLN vào vùng cắt đã thu hút sự chú ý đáng kể, đặc biệt là khi đường kính đá chỉ bằng 0,7 – 0,9 lần đường kính lỗ gia công, khiến cho việc tiếp cận vùng cắt trở nên khó khăn Do đó, vị trí và hình dạng của vòi phun dung dịch BTLN trở thành những yếu tố quan trọng cần được xem xét kỹ lưỡng.

Webster đã tiến hành nghiên cứu về các loại vòi phun và vị trí của vòi phun dung dịch BTLN trong quá trình mài Nghiên cứu này đã đề xuất một thiết kế vòi phun mới (hình 1.19a) nhằm thay thế cho vòi phun truyền thống được giới thiệu bởi Owczarek và Rockwell vào năm 1972 (hình 1.19b).

Hình 1.19 Hai dạng vòi phun dung dịch BTLN [59] kiểu Webster (a) kiểu phẳng (b)

Đến nay, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về thiết kế vòi phun, vị trí và khoảng cách của vòi phun, nhưng chủ yếu tập trung vào hai phương diện là mài tròn ngoài và mài phẳng.

28, 46] còn đối với mài lỗ số lượng các nghiên cứu còn hạn chế

Vì không gian gia công hạn chế, việc tiếp cận vùng gia công bằng dung dịch BTLN trở nên khó khăn, do đó, vị trí đặt vòi phun là rất quan trọng Baines-Jones và các cộng sự đã chỉ ra vị trí tối ưu của vòi phun dung dịch BTLN trong quá trình mài lỗ.

Hình 1.20 Vị trí của vòi phun trong mài lỗ [16]

Nadolny và cộng sự đã nghiên cứu cách đưa dung dịch BTLN một cách nhanh chóng và hiệu quả đến vùng cắt, bằng cách đưa dung dịch vào trong lòng trục mang đá và phun ra ngoài qua các rãnh hướng kính trên đá mài Kết quả cho thấy lưu lượng dung dịch BTLN giảm từ 5 lít/phút xuống còn 1 lít/phút, tuy nhiên, các đo lường về nhám bề mặt và công suất mài vẫn được duy trì.

Luận án tiến sĩ về Kĩ thuật đảm bảo đã chỉ ra rằng, đến nay, chưa có công bố nào từ các tác giả trong nước nghiên cứu ảnh hưởng của dạng vòi phun và vị trí vòi phun đến hiệu quả của quá trình mài.

Hình 1.21 Hệ thống BTLN của Nadolny [42] b Ảnh hưởng của phương pháp, loại và chế độ dung dịch BTLN

Ngoài việc nghiên cứu vị trí và hình dạng vòi phun, các nhà khoa học còn tập trung vào phương pháp, loại và chế độ dung dịch BTLN.

Nghiên cứu của Monici và các cộng sự đã chỉ ra rằng loại dung dịch BTLN và chế độ BTLN ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt trong gia công Qua thực nghiệm với hai loại đá mài là Oxit nhôm và CBN, cùng bốn loại đầu vòi phun và hai dung dịch BTLN (Emulsion 5% và dầu nguyên chất), kết quả cho thấy bề mặt gia công bằng đá CBN đạt chất lượng tốt hơn so với đá mài Oxit nhôm Đặc biệt, khi sử dụng dầu nguyên chất với đá mài Oxit nhôm, độ nhám bề mặt thấp hơn so với khi sử dụng Emulsion tổng hợp.

Hình 1.22 Ảnh hưởng của loại dung dịch BTLN và áp suất BTLN đến độ nhám bề mặt mài [37]

Khi mài bằng đá mài CBN và sử dụng hai loại dung dịch BTLN, độ nhám bề mặt thu được gần như tương đương Đối với đá mài Oxit nhôm, chất lượng bề mặt tốt hơn khi đường kính đầu vòi phun nhỏ và áp suất dung dịch BTLN cao Ngược lại, khi sử dụng đá mài CBN, chất lượng bề mặt chỉ thay đổi không đáng kể Do đó, việc sử dụng đá mài cao cấp như đá CBN mang lại sự cải thiện rõ rệt trong chất lượng gia mài.

Năm 2000, Hafenbraedl và Malkin [24] là những người đầu tiên áp dụng BTLN tối thiểu khi mài lỗ thép AISI 52100 với lưu lượng dầu ester với lưu lượng

Khi áp suất 69kPa và lưu lượng 12 ml/giờ, năng lượng mài giảm đáng kể và tỷ số mài cao hơn so với mài khô và BTLN tưới tràn Tuy nhiên, nhiệt độ vùng mài rất cao gây ra biến dạng chi tiết do nhiệt, làm giảm độ chính xác.

2009, Alves và các cộng sự đã nghiên cứu BTLN tối thiểu cho mài lỗ thép SAE

Khi so sánh giữa phương pháp làm nguội bằng đá mài CBN và tưới tràn, độ nhám bề mặt gia công với tưới tràn tốt hơn, trong khi độ không tròn gần như tương đương Nguyên nhân chính là do lượng dung dịch bôi trơn tối thiểu không đủ để làm sạch bề mặt gia công, dẫn đến việc dầu và phoi tạo thành hỗn hợp bùn bám dính lên chi tiết và đá mài.

Hình 1.23 Độ nhám bề mặt gia công khi mài lỗ 24,4 [14]

Kết luận chương 1

Từ những kết quả nghiên cứu tổng quan về mài và mài lỗ, rút ra được một số nhận xét sau:

Cải thiện các yếu tố kỹ thuật như giảm nhám bề mặt, nâng cao độ chính xác và tăng năng suất đang là xu hướng nổi bật trong nghiên cứu về mài Các thông số công nghệ quan trọng được chú trọng bao gồm chế độ cắt, chế độ BTLN và chế độ sửa đá.

Nhiều nghiên cứu đã đề xuất giải pháp để tăng năng suất và tuổi thọ của đá mài, tuy nhiên khái niệm về tuổi thọ đá mài tối ưu, đặc biệt là đường kính đá mài tối ưu khi thay đá, chỉ mới được đề cập gần đây trong mài tròn ngoài Chi phí trong quá trình mài là một yếu tố phức tạp, với một số tác giả đã nghiên cứu và phát triển phương pháp tính toán cho mài phẳng và mài tròn ngoài Do đó, việc xây dựng phương pháp tính chi phí cho quá trình mài lỗ cũng cần được chú trọng, cùng với việc nghiên cứu đường kính đá mài tối ưu khi thay đá trong gia công mài lỗ.

Mặc dù mài lỗ có những đặc thù và khó khăn trong nghiên cứu, nhưng vẫn còn ít nhà khoa học quan tâm đến lĩnh vực này Nhiều hiện tượng trong quá trình gia công vẫn chưa được làm rõ, và các tác giả đưa ra những lời khuyên khác nhau, gây khó khăn trong việc áp dụng vào thực tiễn Do đó, cần định hướng rõ ràng cho vấn đề nghiên cứu trong tương lai.

Để nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ, cần cải thiện kỹ thuật bằng cách tăng độ chính xác mài, nâng cao chất lượng bề mặt và giảm chi phí cho quá trình này Các giải pháp có thể áp dụng bao gồm việc tối ưu hóa quy trình mài, lựa chọn công cụ phù hợp và áp dụng công nghệ tiên tiến.

Nghiên cứu xác định chế độ bôi trơn, làm nguội hợp lý;

Nghiên cứu xác định chế độ sửa đá tối ưu;

Nghiên cứu xác định tuổi thọ tối ưu của đá (hay đường kính đá mài tối ưu khi thay đá)

Giải pháp đầu tiên tập trung vào việc tăng năng suất và cải thiện chất lượng bề mặt, được trình bày chi tiết trong chương 3 và chương 4 Giải pháp thứ ba nhằm mục tiêu nâng cao tốc độ cắt trung, góp phần tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Chương 5 sẽ trình bày luận án tiến sĩ về kỹ thuật bình, tập trung vào việc giảm thời gian gia công và chi phí mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra.

Nghiên cứu về việc tối ưu đường kính đá mài có thể ứng dụng cho các máy mài vạn năng không điều chỉnh được số vòng quay trục chính, loại máy này thường được sử dụng phổ biến trong gia công mài.

MÔ HÌNH NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH MÀI LỖ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM

Mô hình nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ

Trong sản xuất công nghiệp, sản phẩm cần đạt độ chính xác cao và dự đoán kết quả để điều khiển quá trình gia công theo ý muốn Các yếu tố kỹ thuật quan trọng bao gồm độ chính xác kích thước, chất lượng bề mặt và tính kinh tế của sản phẩm Nghiên cứu thường tập trung vào nâng cao hiệu quả kỹ thuật, cải thiện chất lượng bề mặt, giảm lực, nhiệt, rung động và tìm giải pháp tăng năng suất gia công Để hài hòa hai hướng nghiên cứu này, luận án xây dựng mô hình nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ.

2.1.1 Sơ đồ và cơ sở của nghiên cứu nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ

Mài, bao gồm mài lỗ, là một quá trình phức tạp và nhạy cảm với các điều kiện cụ thể Mô hình tổng quát ở hình 1.18 hiện nay được coi là phù hợp với quá trình mài Tuy nhiên, để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất, cần thực hiện các nghiên cứu riêng biệt phù hợp với từng mục đích nghiên cứu và điều kiện công nghệ khác nhau.

Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm [4]

Theo [4], sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm được thể hiện ở hình 2.1 Trong đó:

X là các thông số đầu vào, là những thông số cần nghiên cứu và cần xây dựng kế hoạch nghiên cứu thực nghiệm

Y là các thông số đầu ra hay đó là kết quả

Z là các tham số điều khiển được Tùy thuộc vào mục đích của nghiên cứu giá trị của Z có thể được lựa chọn

Các tham số nhiễu, hay còn gọi là các yếu tố không thể kiểm soát, đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu thực nghiệm Sự đa dạng của các tham số này ảnh hưởng đến kết quả và độ tin cậy của nghiên cứu.

Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là thiết lập mối quan hệ giữa thông số đầu vào và đầu ra, từ đó giúp điều khiển quá trình hoặc dự báo kết quả đầu ra khi đã biết thông số đầu vào Các thí nghiệm có thể thực hiện trực tiếp trên đối tượng hoặc thông qua mô hình thực nghiệm, do đó, mô hình cần đảm bảo độ chính xác cần thiết để thu thập thông tin hiệu quả.

2.1.2 Chọn thông số đầu vào

Theo [8], việc lựa chọn các thông số đầu vào cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Là các biến độc lập, điều chỉnh được, điều này cho phép nhận được các ước lượng riêng biệt của các hệ số hồi qui

- Là các thông số định lượng

- Có ảnh hưởng đến các hàm mục tiêu lớn hơn nhiều so với mức độ ảnh hưởng của nhiễu

Việc lựa chọn thông số đầu vào được thực hiện dựa trên các cơ sở như quan sát hiện tượng thực tế, tài liệu tham khảo, ý kiến của chuyên gia, và nghiên cứu thực nghiệm thăm dò.

Các thông số được phân loại thành năm nhóm chính: (1) máy và chế độ cắt; (2) chi tiết gia công; (3) đá mài; (4) công nghệ sửa đá; và (5) công nghệ BTLN Từ năm nhóm thông số đầu vào này, chúng ta có thể lựa chọn một số thông số nổi bật để tiến hành khảo sát.

Hệ thống công nghệ và chế độ cắt bao gồm các yếu tố quan trọng như vận tốc cắt (Vđ), vận tốc chi tiết (Vct), lượng chạy dao dọc (fa), lượng chạy dao ngang (fr), và lượng dư gia công (ae,tot) Bên cạnh đó, chi phí cho máy (Cm,h) và chi phí cho con người (Cwa,h) cũng là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình sản xuất.

- Chi tiết gia công: đường kính lỗ (dw), tỷ lệ Rld = l w/dw yêu cầu về cấp chính xác (tg), yêu cầu về nhám bề mặt (Srg)

- Đá mài: đường kính đá ban đầu (D0), bề rộng đá (Bgw), lượng mòn đá sau mỗi chu kỳ tuổi bền (wpd), giá thành đá mài (Cgw), tuổi bền (tw)

- Công nghệ sửa đá: chiều sâu sửa đá (tsđ), lượng chạy dao sửa đá (Ssđ), số lượt sửa đá (n)

Công nghệ bôi trơn làm nguội trong quá trình mài lỗ đóng vai trò quan trọng, với các yếu tố như nồng độ dung dịch (NĐ) và lưu lượng dung dịch (LL) cần được tối ưu hóa Để nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, việc nghiên cứu các thông số đầu vào đa dạng, bao gồm cả thông số kỹ thuật và thông số kinh tế, là cần thiết.

2.1.3 Các tham số điều khiển được

Trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm, bên cạnh các thông số đầu vào X, các tham số điều khiển Z cũng được đưa vào và đạt được giá trị ổn định Các tham số Z bao gồm:

- Thời gian thay chi tiết (tL);

- Thời gian mài hết hoa lửa (tS)

- Thời gian thay đá (tcw) Đây đều là các thông số ảnh hưởng tới năng suất mài và là thông số kinh tế

Trong quá trình nghiên cứu, các yếu tố nhiễu E có ảnh hưởng lớn đến kết quả đầu ra Y Việc xác định và hạn chế tác động của những yếu tố này là rất quan trọng Các tham số nhiễu cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo độ chính xác của nghiên cứu.

- Sai số của phôi thí nghiệm (độ chính xác, cơ tính…);

- Sai số trong đo kiểm (phương pháp đo, dụng cụ đo…);

- Sai só do máy và thiết bị công nghệ trong quá trình thí nghiệm;

- Do quá trình tự mài sắc lại của đá mài

2.1.5 Các thông số đầu ra

Các thông số đầu ra của nghiên cứu phụ thuộc vào mục tiêu cụ thể Như đã phân tích trong chương 1, độ nhám bề mặt (Ra) là chỉ tiêu được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm, vì đây là yếu tố quan trọng và dễ kiểm tra, đo đạc Do đó, Ra được lựa chọn làm chỉ tiêu đánh giá kỹ thuật.

Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng chi phí cho quá trình mài đã được phân tích, nhưng chi phí cho mài lỗ vẫn chưa được công bố Hơn nữa, khái niệm về tuổi thọ tối ưu của đá mài và đường kính đá mài tối ưu khi thay đá chủ yếu chỉ được đề cập trong mài tròn ngoài Do đó, trong phạm vi nghiên cứu của luận án này, chi phí gia công cho mài một chi tiết (Ct,p) sẽ được xem xét kỹ lưỡng.

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật kính đá mài tối ưu khi thay đá sẽ là thông số đầu ra khi xét đến tiêu chí về mặt kinh tế

2.1.6 Các giải pháp nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ Để nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ 03 giải pháp được sử dụng gồm có: BTLN giúp giảm nhám bề mặt gia công, tăng tuổi bền đá mài; Chế độ sửa đá giúp giảm nhám bề mặt, tăng tuổi bền đá mài, tăng năng suất gia công; Tuổi thọ tối ưu của đá mài giúp giảm chi phí gia công Các giải pháp này được trình bày trong các chương tiếp theo của luận án

Căn cứ vào những lập luận đó ta có thể đưa ra mô hình để nghiên cứu nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ như hình 2.2

Hình 2.2 Mô hình nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ

Trong ba giải pháp được nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ, việc áp dụng tuổi thọ tối ưu của đá mài (đường kính đá mài tối ưu khi thay đá) vẫn chưa được nhiều nhà khoa học quan tâm Hình 2.3 minh họa mối quan hệ giữa thời gian làm việc của đá (L) và chi phí cho đá mài (Cgw,p), cùng với chi phí cho máy, lương công nhân và quản lý (Cmt,p) khi mài một chi tiết.

Hình 2.3 Quan hệ giữa thời gian làm việc của đá mài với chi phí mài

Thời gian làm việc của đá mài càng lâu thì chi phí cho đá mài giảm, trong khi chi phí cho máy móc, nhân công và quản lý lại tăng dần theo thời gian Chi phí mài một chi tiết bao gồm tổng hợp chi phí cho đá mài và các chi phí khác như máy móc, lương công nhân, và quản lý Đồ thị trong hình 2.3 cho thấy tồn tại một giá trị tuổi thọ tối ưu cho đá mài, tại đó chi phí mài là thấp nhất Do đó, việc xác định tuổi thọ tối ưu hoặc đường kính đá mài tối ưu khi thay đá là rất cần thiết.

Hệ thống thí nghiệm

Máy mài tròn Nhật Bản ký hiệu Minakuchi, có các thông số như sau:

+ Công suất động cơ trục chính: 2,2 KW

+ Số vòng quay trục chính tối đa: 24.000v/p

+ Công suất động cơ trục mang phôi: 0,4KW

+ Số vòng quay trục mang phôi: 50 – 1.000v/p b Phôi thí nghiệm

+ Vật liê ̣u thép du ̣ng cu ̣ 90CrSi qua tôi (Đô ̣ cứng bề mă ̣t 58-60 HRC)

+ Kích thước phôi:25 x 36 x 22 (mm) (đường kính lỗ, đường kính ngoài, chiều dài) như hình 2.4

C hi phí m ài m ột chi ti ết - C t, p (V N Đ )

Thời gian làm việc của đá mài - L (giờ)

Hình 2.4 Phôi thí nghiệm thép 90CrSi

+ Thành phần hóa học của mẫu thí nghiệm được cho trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của mẫu thí nghiệm 90CrSi

Nguyên tố C Si P Mn Ni Cr Mo

Nguyên tố V Cu W Ti Al Fe

Hàm lượng(%) 0,14987 0,28763 0,1768 0,0299 0,0011 95,4722 c Thiết bị đo

- Đo trị số nhám bề mặt gia công (Ra) bằng máy đo đầu dò kiểu tiếp xúc Mitutoyo SV-3100

Hình 2.5 Hình ảnh máy đo nhám Mitutoyo SV-3100

Topography của đá mài được phân tích thông qua kính hiển vi kỹ thuật số Keyence VHX-6000, có khả năng phóng đại lên đến 3000 lần và chụp ảnh 3D cho bề mặt đá.

Hình 2.6 Kính hiển vi kỹ thuật số Keyence VHX-6000 d Dung dịch bôi trơn – làm nguội

- Sử dụng phương pháp tưới tràn với 2 loại dung dịch BTLN:

+ Dung dịch Emulsion pha với nước đạt nồng độ 3%-6% (theo lời khuyên của nhà sản suất)

+ Caltex Aquatex 3180 có thể dùng trong mài lỗ pha với nước đạt nồng độ 2%-5% (theo lời khuyên của nhà sản suất) e Đá mài

Trong thí nghiệm, chúng tôi sử dụng đá mài Nhật Bản với các ký hiệu 19A 120 L 8 AS1 V 1A, có kích thước 20258 mm Chất dính kết của đá là thủy tinh, trong khi vật liệu hạt mài là oxit nhôm với cỡ hạt 120 và độ cứng đá ở mức trung bình.

Hình 2.7: Đá mài f Dụng cụ sửa đá

Bút chì kim cương 1 hạt; số hiệu DKB3E002110; cỡ hạt 0,2; kích thước đường kính 10; chiều dài 80

Hình 2.8: Mũi sửa đá kim cương g Chế độ cắt

Tổng lượng dư gia công 0,1 mm; vận tốc phôi : 150 (vòng/phút); vận tốc đá : 12.000 (vòng/phút)  12,56 (m/s); lượng chạy dao dọc: 1.200 (mm/phút); lượng chạy dao ngang: 0,0025 (mm/htd).

Từ các kết quả trong chương 2, rút ra kết luận như sau:

1 Đã phân tích được cơ sở và lựa chọn được các thông số đầu vào và kết quả đầu ra của nghiên cứu:

Thông số đầu vào cho quá trình gia công bao gồm: vận tốc đá (Vđ), vận tốc chi tiết (Vct), lượng chạy dao dọc (fa) và ngang (fr), lượng dư mài (ae), chi phí máy theo giờ (Cm,h), chi phí cho con người và quản lý theo giờ (Cwa,h), đường kính lỗ gia công (dw), tỷ lệ chiều sâu lỗ (Rld), cấp chính xác yêu cầu (tg), cấp độ nhám yêu cầu (Srg), đường kính đá mài ban đầu (D0), bề rộng đá mài (Bgw), lượng mòn đá (wpd), giá một viên đá mài (Cgw), tuổi bền (tw), chiều sâu sửa đá (tsđ), lượng chạy dao khi sửa đá (Ssđ), số lượt sứa đá (nsđ), nồng độ dung dịch (NĐ) và lưu lượng dung dịch (LL).

- Thông số đầu ra: nhám bề mặt gia công Ra, chi phí cho mài một chi tiết Ct,p và đường kính đá mài khi thay tối ưu De,op

2 Đã đề xuất mô hình nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ với 03 giải pháp chính đó là: xác định chế độ BTLN hợp lý, xác định chế độ sửa đá tối ưu và tối ưu hóa đường kính đá mài khi thay đá Các giải pháp này sẽ được trình bày trong các chương tiếp theo của luận án

3 Đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm đáp ứng được yêu cầu của nghiên cứu thực nghiệm

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ BÔI TRƠN – LÀM NGUỘI ĐẾN QUÁ TRÌNH MÀI LỖ

Mục đích thí nghiệm

Đánh giá tác động của dung dịch BTLN và chế độ sử dụng (bao gồm nồng độ và lưu lượng) đến trị số nhám bề mặt khi mài lỗ vật liệu 90CrSi đã qua tôi là rất quan trọng Nghiên cứu này giúp xác định mối quan hệ giữa các yếu tố này và chất lượng bề mặt gia công, từ đó tối ưu hóa quy trình mài để đạt hiệu quả cao nhất.

Đề xuất chế độ BTLN hợp lý cho quá trình mài lỗ vật liệu 90CrSi sau khi tôi, nhằm tối ưu hóa hiệu suất mài Sử dụng chế độ BTLN này làm tham số cố định sẽ giúp nâng cao hiệu quả của quá trình sửa đá, đảm bảo chất lượng và độ chính xác cao trong gia công.

Thiết kế thí nghiệm

Sơ đồ thí nghiệm như sau:

Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm

1, Phôi 2, Đá mài 3, Thùng chứa dầu 4, Lưu lượng kế 5, Van điều chỉnh b Lựa chọn các thông số đầu vào và đầu ra

Nghiên cứu thực nghiệm về chế độ công nghệ BTLN đã xác định lưu lượng và nồng độ dung dịch là các thông số đầu vào quan trọng Giá trị chế độ công nghệ BTLN được lựa chọn dựa trên hai loại dung dịch Emulsion và Cantex Aquatex 3180, theo khuyến nghị của nhà sản xuất, được trình bày chi tiết trong mục 2.2 chương 2.

Các tham số độc lập là các yếu tố công nghệ đã được trình bày ở mục 2.2 chương 2

Giá trị đầu ra được lựa chọn làm thông số đánh giá là nhám bề mặt gia công

Nghiên cứu chất lượng bề mặt khi mài lỗ thép 90CrSi qua tôi tập trung vào việc xác định cặp giá trị lưu lượng và nồng độ dung dịch nhằm đạt được nhám bề mặt nhỏ nhất Để thực hiện khảo sát này, cần xác định dạng hàm hồi quy cho các đại lượng liên quan.

Quá trình mài là một quá trình phức tạp, chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau Việc lựa chọn hàm hồi quy bậc nhất hoặc bậc hai không đầy đủ có thể không phù hợp với nghiên cứu thực nghiệm Do đó, cần sử dụng hàm hồi quy dạng mô hình thống kê bậc hai với đầy đủ k nhân tố, nhằm đảm bảo phản ánh trung thực quy luật và nâng cao độ chính xác, tin cậy cho các kết quả thí nghiệm.

Hàm hồi quy bậc hai [4] có dạng:

(3.1) Ứng với số nhân tố k =2 , ta quy ước x1 là lưu lượng dung dịch BTLN, x2 là nồng độ dung dịch BTLN Phương trình hồi quy có dạng:

Phần mềm Minitab hỗ trợ xây dựng kế hoạch thực nghiệm bề mặt chỉ tiêu dạng hỗn hợp tâm xoay (CCD-Central Composite Design) và xác định các hệ số của phương trình hồi quy Thiết kế thí nghiệm CCD giúp xác định ảnh hưởng của các nhân tố đến kết quả đầu ra một cách hiệu quả, đồng thời nhanh chóng tìm ra mô hình toán học biểu diễn mối quan hệ giữa nhân tố đầu vào và đầu ra.

Hình 3.3 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm

Sử dụng sơ đồ quy hoạch thực nghiệm, ma trận quy hoạch thực nghiệm thể hiện cụ thể như sau:

Bảng 3.1 Giá trị mã hóa tại các điểm thí nghiệm

TT Điểm TN Giá trị mã hóa

Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm được thiết lập với hai thông số thay đổi là nồng độ dung dịch BTLN và lưu lượng dung dịch BTLN (l/p) Chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt được xác định bằng nhám Ra Bảng 3.1 trình bày giá trị mã hóa tại các điểm thí nghiệm, cung cấp cái nhìn tổng quan về kết quả thí nghiệm.

Quá trình thí nghiệm được thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Thực hiện thí nghiệm với từng loại dung dịch BTLN theo ma trận thực nghiệm đã được thiết kế như trong bảng 3.1 Tại mỗi điểm thí nghiệm, tiến hành sửa đá với bộ thông số công nghệ sửa đá giữ nguyên.

Trong bước 2, chúng tôi tiến hành mài tròn trong quá trình chạy dao dọc với chế độ công nghệ Vđ 12,56 (m/s), nw= 150(v/p), fa=1.200mm/p, fr = 0,0025(mm/htd) Lưu lượng và nồng độ dung dịch được điều chỉnh theo kế hoạch thực nghiệm đã xây dựng Để đảm bảo tính ngẫu nhiên và giảm sai số do nhiễu, mỗi điểm thí nghiệm được lặp lại 3 lần, sau đó lấy giá trị trung bình Bước 3 liên quan đến việc đo các thông số đánh giá nhám bề mặt Ra, được thực hiện sau khi mài hết lượng dư 0,1mm Các phép đo được thực hiện tại 3 vị trí ngẫu nhiên và lấy giá trị trung bình để đảm bảo độ tin cậy.

Bước 4: Tiến hành xử lý kết quả và đưa ra kết luận.

Thực nghiệm và xử lý kết quả

3.3.1 Với dầu Caltex Aquatex 3180 a Kết quả thí nghiệm

- Tiến hành thí nghiệm với dầu Caltex Aquatex 3180 pha với nước đạt nồng độ từ 2% đến 5% (theo lời khuyên của nhà sản xuất)

Lưu lượng BTLN dao động từ 1l/p đến 4l/p, tùy thuộc vào khả năng công nghệ của hệ thống Sử dụng sơ đồ thực nghiệm và phần mềm Minitab, chúng tôi đã xây dựng ma trận kế hoạch thực nghiệm Kết quả thu được từ các thí nghiệm theo kế hoạch được trình bày trong bảng 3.2.

Bảng 3.2 Kết quả đo nhám bề mặt khi sử dụng dung dịch BTLN Caltex Aquatex 3180

Giá trị mã hóa Giá trị thực

13 P9 0 0 2,5 3,5 0,417 b Phân tích kết quả thí nghiệm

Sử dụng phần mềm Minitab 18 để phân tích kết quả thí nghiệm, chúng ta thu được kết quả phân tích phương sai cho mô hình hồi quy Phân tích này giúp đánh giá sự ảnh hưởng của các biến độc lập đến biến phụ thuộc, từ đó xác định mức độ phù hợp của mô hình hồi quy Kết quả cho thấy các biến có ảnh hưởng đáng kể, đồng thời cung cấp thông tin quan trọng cho việc tối ưu hóa quy trình thí nghiệm trong tương lai.

Giá trị P=0,847 từ hình 3.4a cho thấy mô hình hồi quy là phù hợp, vì nó lớn hơn mức ý nghĩa 0,05 Các hệ số của phương trình hồi quy được xác định như sau: b0= 1,048; b1= -0,229; b2 = -0,133; b11=0,037; b22 = 0,030; b12= -0,010 Hình 3.4 minh họa phân tích kết quả thí nghiệm khi sử dụng dung dịch Caltex Aquatex 3180.

Hệ số hồi quy Coef trong hình 3.4b cho thấy mức độ ảnh hưởng của lưu lượng (b1, b11), nồng độ (b2, b22) và sự tích hợp giữa lưu lượng và nồng độ (b12) đến trị số nhám bề mặt (Ra) Cả nồng độ và lưu lượng của dung dịch BTLN đều tác động đến nhám bề mặt, bao gồm ảnh hưởng bậc nhất, bậc hai và ảnh hưởng lẫn nhau Khi thay thế vào biểu thức (3.2), ta nhận được phương trình hồi quy.

Y = 1,048 - 0,229x1 – 0,133x2 + 0,033x1 2 + 0,030x2 2 - 0,010x1x2 (3.3) c Ảnh hưởng của chế độ BTLN đến nhám bề mặt

Nồng độ dung dịch BTLN có ảnh hưởng đáng kể đến trị số nhám bề mặt gia công, với hệ số b1 = -0,229 và b11 = 0,033 Khi nồng độ dung dịch tăng, trị số nhám giảm và đạt giá trị cực tiểu Tuy nhiên, nếu nồng độ tiếp tục tăng, trị số nhám sẽ tăng trở lại Sự thay đổi này là do việc tăng nồng độ dung dịch làm tăng tính chất của bề mặt.

Luận án tiến sĩ về kỹ thuật chất bôi trơn của dung dịch cho thấy rằng nồng độ dung dịch quá cao có thể làm tăng độ nhớt, dẫn đến việc tăng lượng phoi bám dính trên đá mài và làm tăng nhám bề mặt Bên cạnh đó, lưu lượng dung dịch cũng ảnh hưởng đến trị số nhám, với các hệ số b2 = -0,133 và b22 = 0,03.

Hình 3.5 Đồ thị bề mặt chỉ tiêu tối ưu hóa khi sử dụng dầu Caltex Aquatex 3180

Để đạt được trị số nhám bề mặt nhỏ nhất, cần xác định một giá trị lưu lượng hợp lý cho dung dịch Việc tăng lưu lượng dung dịch giúp làm nguội và bôi trơn vùng cắt, từ đó giảm trị số nhám Tuy nhiên, do không gian hạn chế trong mài lỗ, việc tăng thêm lưu lượng không đảm bảo dung dịch BTLN có thể tiếp cận vùng gia công Hơn nữa, tăng lượng dung dịch BTLN có thể dẫn đến sự gia tăng nồng độ dầu trong vùng gia công, làm tăng trị số nhám bề mặt.

3.3.2 Với dầu Emulsion a Kết quả thí nghiệm

- Tiến hành thí nghiệm với dầu emulsion pha với nước đạt nồng độ (3% - 6%)

Với sơ đồ thực nghiệm đã thiết lập, ứng dụng phần mềm Minitab cho phép tạo ra ma trận kế hoạch thực nghiệm Sau khi thực hiện thí nghiệm theo kế hoạch, chúng tôi đã thu được kết quả như trình bày trong bảng 3.4.

Bảng 3.3 Kết quả đo nhám bề mặt khi sử dụng dung dịch BTLN Emulsion

Giá trị mã hóa Giá trị thực

13 P9 0 0 2,5 4,5 0,356 b Phân tích kết quả thí nghiệm

Sử dụng phần mềm Minitab để phân tích kết quả thí nghiệm, chúng ta thu được mô hình hồi quy như trình bày trong Hình 3.6, cho thấy kết quả khi sử dụng dung dịch Emulsion.

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật b Phân tích phương sai của mô hình hồi quy Hình 3.6 Phân tích kết quả thí nghiệm khi sử dụng dung dịch Emulsion

Từ kết quả xử lý số liệu ta có các hệ số của phương trình hồi quy như sau: b0= 0,218; b1= -0,006; b2= 0,038; b11=0,016; b22=0,004; b12=-0,016;

Thay vào biểu thức (3.2) ta có phương trình hồi quy:

Mô hình hồi quy được thể hiện bằng phương trình Y= 0,218 – 0,006x1+0,038x2 - 0,016x1x2 + 0,016x1 2 + 0,004x2 2 Phân tích phương sai (ANOVA) cho thấy giá trị P ở hàng Lack of Fit là 0,965, lớn hơn mức ý nghĩa 0,05, điều này chứng tỏ mô hình hồi quy là phù hợp Do đó, hàm quan hệ giữa nhám bề mặt (Ra) với lưu lượng BTLN (x1) và nồng độ dung dịch BTLN (x2) được xác định rõ ràng.

Ra = 0,218 – 0,006x1+0,038x2 - 0,016x1x2 + 0,016x1 2 + 0,004x2 2 (3.5) c Ảnh hưởng của chế độ BTLN đến trị số nhám bề mặt khi sử dụng dầu bôi trơn Emulsion

Hình 3.7 Đồ thị bề mặt chỉ tiêu khi tối ưu hóa sử dụng dung dịch Emulsion

Khi lưu lượng dung dịch BTLN thấp, nồng độ dung dịch ảnh hưởng mạnh đến trị số nhám bề mặt; nồng độ càng cao thì trị số nhám càng tăng Ban đầu, khi tăng lưu lượng BTLN, trị số nhám giảm, nhưng sau đó lại tăng lên Khi lưu lượng đạt gần 4 l/p, trị số nhám Ra gần như không đổi với mọi nồng độ dung dịch Tổng quát, lượng dung dịch Emulsion càng nhiều thì trị số nhám bề mặt càng tăng, do dung dịch này có độ sánh cao, gây khó khăn cho việc thoát phoi và làm sạch bề mặt gia công.

3.4.3 Xác định chế độ bôi trơn – làm nguội hợp lý khi mài lỗ a Phương pháp

Sử dụng chức năng “tối ưu hóa” (Response Optimizer) trong phần mềm Minitab giúp xác định chế độ BTLN hợp lý Để thực hiện, bạn cần làm theo các bước hướng dẫn trên máy tính.

Stat => DOE => Response Surface => Reponse Optimizer

Từ phương trình hồi quy giữa lưu lượng và nồng độ dung dịch BTLN với trị số nhám bề mặt, chúng ta có thể nội suy để xác định bộ giá trị hợp lý cũng như trị số nhám nhỏ nhất cho chế độ BTLN thích hợp Phân tích kết quả thí nghiệm cho thấy mối liên hệ rõ ràng giữa các yếu tố này.

* Chế độ BTLN hợp lý khi sử dụng dầu Aquatex 3180

Trong phần trước, chúng ta đã thiết lập phương trình hồi quy để mô tả mối quan hệ giữa trị số nhám bề mặt và chế độ BTLN, bao gồm lưu lượng và nồng độ dung dịch.

Hình 3.8 Số liệu kết quả tối ưu hóa sử dụng dung dịch Aquatex 3180

Hình 3.9 Đồ thị tối ưu hóa sử dụng dung dịch Aquatex 3180

Như vậy, với dung dịch dầu Aquatex 3180 trị số nhám bề mặt tối ưu

Ramin=0,4102 àm khi lưu lượng cú giỏ trị 2,86 l/p và nồng độ dung dịch BTLN cú giá trị 3,91 %

* Chế độ BTLN hợp lý khi sử dụng dầu Emulsion

Tương tự ta có thể xác định được chế độ BTLN hợp lý khi sử dụng dầu Emulsion

Hình 3.10 Số liệu kết quả tối ưu hóa sử dụng dung dịch Emulsion

Hình 3.11 Đồ thị tối ưu hóa sử dụng dung dịch Emulsion

Dung dịch dầu Emulsion với lưu lượng 1,38 l/p và nồng độ 2,37% mang lại trị số nhám bề mặt tối thiểu Ramin = 0,3 µm.

Chương 3 đã tập trung nghiên cứu thực nghiệm nhằm đánh giá ảnh hưởng của các loại, chế độ dung dịch BTLN đến nhám bề mặt khi mài với 2 loại dung dịch là dầu Caltex Aquatex 3180 và Emulsion Kết quả nghiên cứu cho thấy:

- Khi mài và sử dụng dầu Emulsion sẽ cho trị số nhám bề mặt trung bình tốt hơn khi sử dụng dầu Aquatex 3180

Chế độ BTLN hợp lý đã được xác định khi sử dụng hai loại dung dịch BTLN là dầu Aquatex 3180 và Emulsion trong quá trình mài lỗ thép 90CrSi, với mục tiêu đạt được trị số nhám bề mặt nhỏ nhất Các giá trị tối ưu cho quy trình này đã được chỉ ra rõ ràng.

+) Với dung dịch dầu Aquatex 3180: lưu lượng là 2,86 l/p và nồng độ dung dịch BTLN là 3,91 %

+) Với dung dịch dầu Emulsion: lưu lượng là 1,38 l/p và nồng độ dung dịch là 2,37%

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ ĐẾN QUÁ TRÌNH MÀI LỖ

Mục đích thí nghiệm

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của các thông số chế độ sửa đá đến độ nhám bề mặt và năng suất bóc tách vật liệu trong quá trình mài lỗ của vật liệu thép 90CrSi đã qua tôi Các yếu tố như tốc độ mài, áp lực và loại đá mài sẽ được xem xét để tối ưu hóa quy trình, nhằm nâng cao chất lượng bề mặt và hiệu quả sản xuất.

- Đề xuất chế độ sửa đá tối ưu khi mài lỗ vật liệu thép 90CrSi qua tôi.

Thiết kế thí nghiệm

Sơ đồ thí nghiệm sửa đá cho thấy mũi sửa đá được gá thấp hơn tâm 0,5mm và nghiêng 15 độ so với phương nằm ngang nhờ vào đồ gá Đá mài được lắp trên trục chính của đầu mài lỗ và có khả năng điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu.

Hình 4.2 Sơ đồ thí nghiệm sửa đá

1, đồ gá mũi sửa đá; 2, mũi sửa đá; 3, đá mài b Lựa chọn thông số đầu vào đầu ra

Nghiên cứu thực nghiệm về chế độ sửa đá bao gồm các thông số đầu vào như chiều sâu sửa đá, lượng chạy dao và số lượt sửa đá Theo tổng quan, chế độ sửa đá được phân chia thành ba bước: sửa thô, sửa tinh và sửa siêu tinh Các thông số đầu vào cụ thể bao gồm chiều sâu sửa đá thô (tthô) và số lần sửa thô (nthô), chiều sâu sửa đá tinh (ttinh) và số lần sửa đá tinh (ntinh), cùng với số lần sửa đá siêu tinh (CK) với chiều sâu sửa đá bằng 0.

Tham số điều khiển trong nghiên cứu này tương tự như mục 2.2, với chế độ BTLN được xác định dựa trên kết quả thực nghiệm từ chương 3 Dung dịch BTLN sử dụng là Aquatex 3180, có nồng độ 3,91% và lưu lượng 2,86 lít/phút.

Thông số đầu ra là nhám bề mặt gia công (Ra) và năng suất mài (MRR) c Hàm mục tiêu

Tối ưu hóa chế độ sửa đá nhằm đạt được các mục tiêu như nhám bề mặt nhỏ nhất và năng suất mài cao nhất Đồng thời, cần thực hiện tối ưu hóa đa mục tiêu để thương lượng giữa hai mục tiêu này Phương pháp quy hoạch thực nghiệm sẽ được áp dụng để đạt được kết quả tốt nhất.

Phương pháp thiết kế thí nghiệm của Taguchi, một sáng kiến từ Nhật Bản, sử dụng các ma trận trực giao cố định để tối ưu hóa quy trình và sản phẩm Bằng cách đưa vào ma trận thí nghiệm từ 3 đến 50 thông số công nghệ với nhiều mức khác nhau, phương pháp này giúp xác định ảnh hưởng của các thông số đến giá trị trung bình của kết quả đầu ra với số lượng thí nghiệm, thời gian và chi phí tối thiểu Nó cũng cho phép phát hiện các thông số có ảnh hưởng mạnh nhất, từ đó loại bỏ những yếu tố không đáng kể và tiến hành các thử nghiệm tiếp theo Mục tiêu là điều chỉnh các thông số đến mức tối ưu, đảm bảo quy trình và sản phẩm đạt chất lượng tốt nhất Nhờ đó, phương pháp Taguchi giúp rút ngắn thời gian nghiên cứu và nhanh chóng tối ưu hóa các thông số.

Sửa đá được chia thành ba bước: sửa đá thô, sửa đá tinh và sửa đá có chiều sâu, cùng với chế độ sửa đá bao gồm sáu yếu tố: chiều sâu sửa đá thô, số lần sửa đá thô, chiều sâu sửa đá tinh, số lần sửa đá tinh, số lần sửa đá siêu tinh và lượng chạy dao dọc Do có nhiều biến và mức khác nhau, việc áp dụng quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp Taguchi sẽ giúp giảm số lượng thí nghiệm mà vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết Sơ đồ thí nghiệm thiết kế theo phương pháp Taguchi được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ sửa đá.

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật đá đến trị số độ nhám bề mặt, năng suất mài khi mài lỗ 25 vật liệu thép 90CrSi qua tôi

Bảng 4.1 Mức và các thông số đầu vào

STT Yếu tố Ký hiệu

Mức của yếu tố Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 4 Mức 5 Mức 6

1 Số lần sửa đá siêu tinh CK 0 1 2 3 4 5

Chiều sâu sửa đá thô

3 Số lần sửa thô nthô 1 2 3 - - -

Chiều sâu sửa đá tinh

5 Số lần sửa đá tinh ntinh 1 2 3 - - -

Lượng chạy dao sửa đá

Sử dụng Minitab để thiết kế Taguchi L18 (1 biến 6 mức và 5 biến 3 mức), sơ đồ thí nghiệm như bảng 4.2 Dựa vào bảng này, 18 thí nghiệm được tiến hành với

18 chế độ sửa đá khác nhau Để tăng độ chính xác của thực nghiệm, tiến hành lặp 3 lần với mỗi chế độ sửa đá

Phương pháp Taguchi sử dụng tỷ số tín hiệu/nhiễu (S/N) để xác định kết quả tối ưu ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu Thí nghiệm có tỷ số S/N cao nhất sẽ mang lại kết quả tối ưu nhất Tỷ số S/N được dùng để đánh giá mức độ của kết quả đầu ra tối ưu và được xác định theo các tiêu chí cụ thể.

- Phân tích bài toán: Trong quá trình tối ưu hóa ta có thể sử dụng 3 hệ số (S/N) tương ứng với các trường hợp sau:

+ Nhỏ hơn là tốt hơn

MSD – Tổng bình phương trung bình của các giá trị đo n y y

Bảng 4.2 Sơ đồ thí nghiệm theo thiết kế Taguchi L18

Chế độ CK t thô n thô t tinh n tinh S sđ

Công thức này thường áp dụng khi xuất hiện các hiện tượng không mong muốn như khuyết tật và sai số, với trị số lý tưởng là bằng không Khi trị số lý tưởng là một giá trị hữu hạn, việc xác định giá trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất bởi k sẽ giúp giảm thiểu sự khác biệt giữa giá trị đo và giá trị lý tưởng Do đó, hệ số S/N sẽ được tối ưu hóa.

+ Lớn hơn là tốt hơn:

MSD – Tổng nghịch đảo bình phương trung bình của các giá trị đo n y y

+ Giá trị danh nghĩa là tốt nhất:

Tỷ số S/N càng lớn thì đặc tính nhận được càng tốt Phương pháp thực nghiệm Taguchi, mặc dù không cung cấp con số chính xác về ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến kết quả đầu ra, vẫn giúp định hướng cho các nhà công nghệ Việc đánh giá qua tỷ số S/N cho phép nhận biết xu hướng và mức độ ảnh hưởng của từng thông số công nghệ đến kết quả đầu ra Từ đó, các nhà nghiên cứu có thể nhanh chóng xác định các thông số công nghệ và phạm vi cần tác động để đạt hiệu quả đầu ra tốt nhất Bằng cách đánh giá ảnh hưởng riêng lẻ của các thông số, có thể tìm ra tổ hợp công nghệ tối ưu cho kết quả đầu ra mong muốn.

Bảng 4.3 Đặc trưng đầu ra cho các thông số

STT Đặc trưng cho kết quả Kiểu đặc trưng Đơn vị

1 Trị số độ nhỏm bề mặt (Ra) Thấp hơn là tốt hơn àm

2 Năng suất bóc tách (MRR) Cao hơn là tốt hơn mm 3 /phút

Trong nghiên cứu này, tỷ số S/N của đặc trưng nhám bề mặt (Ra) và năng suất bóc tách (MRR) là: lớn hơn thì tốt hơn e Tiến trình thí nghiệm

-Bước 1: Sửa đá với chế độ lấy trong bảng 4.2

-Bước 2: Với mỗi chế độ sửa đá, tiến hành mài chi tiết với lượng dư 0,1mm (theo bán kính)

-Bước 3: Tiến hành đo trị số độ nhám bề mặt và năng suất bóc tác ứng với từng chế độ sửa đá

Ảnh hưởng của chế độ sửa đá đến nhám bề mặt và năng suất khi mài lỗ

Các kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu được trình bày trong bảng 4.4 Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng phần mềm Minitab theo quy hoạch thực nghiệm của Taguchi.

Bảng 4.4 Kết quả trị số độ nhám Ra, MRR và tỷ số S/N của chỉ tiêu

TT Trị số độ nhỏm Ra (àm) MRR (mm 3 /s)

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Ra S/N Lần 1 Lần 2 Lần 3 MRR S/N

4.3.2 Đánh giá kết quả thực nghiệm và tối ưu hóa đơn mục tiêu a Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến Ra

Thứ tự ảnh hưởng của các thông số khảo sát đến nhám bề mặt (𝑅𝑎̅̅̅̅) được trình bày trong bảng 4.5 và 4.6, với kết quả ANOVA cho thấy rằng số lần sửa đá siêu tinh có ảnh hưởng lớn nhất đến giá trị trung bình của nhám bề mặt.

Luận án tiến sĩ về kỹ thuật sửa thô đá và sửa tinh đá tập trung vào các yếu tố quan trọng như số lần sửa thô đá, chiều sâu sửa thô đá, số lần sửa tinh đá và chiều sâu sửa tinh đá Bên cạnh đó, lượng chạy dao trong quá trình sửa đá cũng được phân tích kỹ lưỡng để tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

Bảng 4.5 Thứ tự ảnh hưởng của các thông số đến trị số độ nhám trung bình

Mức CK t thô n thô t tinh n tinh S sđ

Delta 0,2150 0,0588 0,0505 0,0357 0,0217 0,0177 Thứ tự ảnh hưởng 1 2 3 4 5 6

Bảng 4.6 Phân tích ANOVA cho giá trị trị số độ nhám trung bình

Thông số Bậc tự do Seq SS Adj SS Adj MS F P

CK 5 0,1047 0,1046 0,0209 5,48 0,162 tthô 2 0,0115 0,0115 0,0057 1,51 0,398 nthô 2 0,0076 0,0076 0,0038 1,00 0,499 ttinh 2 0,0041 0,0041 0,0021 0,54 0,648 ntinh 2 0,0014 0,0014 0,0007 0,19 0,842

Hình 4.3 Ảnh hưởng của các thông số đến Ra

Số lần sửa đá siêu tinh có ảnh hưởng đáng kể đến nhám bề mặt, với giá trị nhám nhỏ nhất khi không sửa đá Khi số lần sửa đá siêu tinh tăng lên, nhám bề mặt cũng tăng, đạt đỉnh tại 4 lần sửa, sau đó giảm khi sửa đến 5 lần Việc không sửa đá siêu tinh dẫn đến bề mặt đá mài nhấp nhô hơn, tạo không gian thoát phoi lớn, từ đó làm giảm nhiệt cắt, lực cắt và nhám Ra Ngược lại, việc tăng số lần sửa đá siêu tinh giúp giảm các đỉnh nhấp nhô và không gian thoát phoi, dẫn đến sự gia tăng nhám Ra.

Chiều sâu sửa thô đá tthô 0,025 mm tạo ra nhám bề mặt nhỏ nhất so với 0,02 mm và 0,03 mm Trị số nhám không thay đổi nhiều ở tthô 0,02 mm và 0,025 mm, nhưng tăng mạnh khi tthô đạt 0,03 mm Khi chiều sâu sửa đá tăng, nhấp nhô tế vi bề mặt cũng gia tăng, đồng thời nâng cao tuổi bền và năng suất mài, phù hợp với chế độ mài thô Số lần sửa thô càng nhiều thì nhám bề mặt càng tăng; với 1 lần sửa thô cho nhám bề mặt nhỏ nhất Nguyên nhân là do số lần sửa thô tăng, dẫn đến số đỉnh nhấp nhô trong tiết diện dọc trục của đá tăng theo, làm nhám bề mặt tăng lên.

Chiều sâu sửa tinh của đá là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến trị số nhám bề mặt Khi chiều sâu sửa tinh chỉ đạt 0,01mm, bề mặt sẽ có độ nhám nhỏ nhất so với các mức 0,005mm và 0,015mm Điều này xảy ra do chiều sâu sửa tinh quá nhỏ dẫn đến chiều cao nhấp nhô trên bề mặt đá giảm, gây khó khăn trong việc chứa và thoát phoi, từ đó làm tăng độ nhám Ngược lại, khi chiều sâu sửa tinh lớn hơn, các nhấp nhô trên bề mặt sẽ có sự phân bố đồng đều hơn, góp phần cải thiện chất lượng bề mặt.

Luận án tiến sĩ về kỹ thuật thô của bề mặt đá cho thấy rằng trong tiết diện dọc, độ nhám của đá sẽ cao và nhanh chóng bị san phẳng Điều này dẫn đến hiện tượng đá nhanh mòn và làm tăng độ nhám bề mặt.

Số lần sửa tinh càng tăng thì nhám bề mặt của đá càng nhỏ, do số nhấp nhô trên các nhấp nhô thô trong tiết diện dọc trục tăng lên Điều này dẫn đến việc số hạt mài tham gia cắt trên một diện tích bề mặt đá tăng, từ đó làm giảm nhám bề mặt.

Trong trường hợp cụ thể này, lượng chạy dao sửa đá không ảnh hưởng nhiều đến trị số độ nhám bề mặt Khi tốc độ chạy dao là 1 m/p và 1,4 m/p, độ nhám bề mặt thấp hơn 1,2 m/p Điều này cho thấy rằng khi bước tiến dao lớn, điều kiện thoát phoi dễ dàng hơn, dẫn đến độ nhám bề mặt giảm Độ nhám bề mặt đạt trị số nhỏ nhất khi lượng chạy dao sửa đá là 1,4 m/p và lớn nhất khi lượng chạy dao sửa đá là 1,2 m/p.

Tỷ số S/N của Ra có đặc trưng "nhỏ hơn tốt hơn" và được tính toán theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi Nhiều tác giả thường sử dụng tỷ số S/N để tối ưu hóa Kết quả phân tích mức độ ảnh hưởng của các thông số chế độ sửa đá đến tỷ số S/N, cùng với phân tích ANOVA, được trình bày trong bảng 4.7 và bảng 4.8.

Bảng 4.7 Thứ tự ảnh hưởng của các thông số đến tỷ số S/N của trị số độ nhám

Bảng 4.8 Phân tích ANOVA cho tỷ số S/N của trị số độ nhám

Thứ tự ảnh hưởng của các thông số khảo sát đến tỷ số S/N của nhám bề mặt Ra bao gồm: số lần sửa đá siêu tinh, chiều sâu sửa thô đá, số lần sửa thô đá, chiều sâu sửa tinh đá, lượng chạy dao sửa đá dọc và số lần sửa tinh đá Trị số tối ưu của Ra được xác định bởi mức của các thông số công nghệ được khoanh tròn trong hình 4.4.

CK = 0 lần (A1); Tthô = 0,025 mm (B2); Nthô = 1 lần (C1); Ttinh = 0,01mm (D2);

Hình 4.4 Ảnh hưởng của các thông số đến tỷ số S/N của Ra

Giá trị tối ưu Ra

Trị số Ra tối ưu được xác định theo công thức tại các mức: CK (A1); Tthô

𝐴 1 ̅̅̅: 𝑅𝑎̅̅̅̅ với số lần sửa đá siêu tinh là 0 lần, 𝐴̅̅̅ = 0,404𝜇𝑚 1

𝐵̅̅̅ 2 : 𝑅𝑎̅̅̅̅ với chiều sâu sửa thô đá là 0,02 mm, 𝐵̅̅̅ = 0,481𝜇𝑚 2

𝐶 1 ̅̅̅: 𝑅𝑎̅̅̅̅ với số lần sửa thô đá là 1 lần 𝐶̅̅̅ = 0,48𝜇𝑚 1

𝐷 2 ̅̅̅: 𝑅𝑎̅̅̅̅ với chiều sâu sửa tinh đá là 0,01 mm 𝐷̅̅̅ = 0,484𝜇𝑚 2

𝐸 3 ̅̅̅: 𝑅𝑎̅̅̅̅ với số lần sửa tinh đá là 3 lần 𝐸̅̅̅ = 0,493𝜇𝑚 3

𝐹̅ 3 : 𝑅𝑎̅̅̅̅ với lượng chạy dao dọc sửa đá là 1,4 m/HTĐ 𝐹̅ = 0,497𝜇𝑚 3

𝑇 𝑔𝑔 ̅̅̅̅: là giá trị trung bình của Ra

𝑅𝑎̅̅̅̅ 𝑡𝑜𝑖𝑢𝑢 = 0,404 + 0,481 + 0,480 + 0,484 + 0,493 − 5 ∗ 0,504 = 0,318𝜇𝑚 Khoảng tin cậy CI được tính như sau:

Hệ số 𝐹 ∝ (1, 𝑓 𝑒 ) 8,5262 được xác định với mức ý nghĩa %%, trong đó fe = 2 là bậc tự do của lỗi và Ve = 0,003822 là sai số trung bình của lỗi Số lần lặp hiệu quả neff được tính dựa trên số lần lặp của một thí nghiệm, R = 3.

1 + 15= 3,375 Theo đó, với mức ý nghĩa  = 90% thì nhám bề mặt được dự đoán với mức tối ưu của các thông số đầu vào nCK1/ttho2/ntho1/ttint2/ntinh3/S3 như sau:

(0,318 − 0,14) ≤ 𝑅𝑎̅̅̅̅ 𝑜𝑝 ≤ (0,318 + 0,14) hay 0,178 ≤ Raop ≤0,458 àm c Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến MRR

Năng suất bóc tách kim loại (MRR) được tính bằng thể tích kim loại bóc tách trong một đơn vị thời gian, đo bằng mm³/s Để xác định thể tích kim loại bóc tách trong quá trình mài, cần đo đường kính lỗ của phôi thí nghiệm trước và sau khi mài Tuổi bền của dụng cụ mài được xác định dựa trên kinh nghiệm của người thợ hoặc thông qua sự biến thiên của lực mài Py Kết quả MRR tương ứng với 18 chế độ sửa đá khác nhau được trình bày trong bảng 4.4.

Thứ tự ảnh hưởng của các thông số đến năng suất bóc tách MRR được trình bày trong bảng 4.9 và 4.10, với kết quả ANOVA cho thấy rằng các yếu tố ảnh hưởng bao gồm: số lần sửa đá siêu tinh, số lần sửa tinh đá, chiều sâu sửa tinh đá, chiều sâu sửa thô đá, lượng chạy dao sửa đá dọc, và số lần sửa thô đá.

Bảng 4.9 Thứ tự ảnh hưởng của các thông số đến MRR

Bảng 4.10 Phân tích ANOVA cho tỷ số S/N của MRR

Theo đó, thứ tự ảnh hưởng của các thông số khảo sát đến tỷ số S/N của MRR:

Số lần sửa siêu tinh, số lần sửa tinh đá, chiều sâu sửa tinh đá và chiều sâu sửa thô đá là những yếu tố quan trọng trong quá trình gia công Lượng chạy dao sửa đá dọc và số lần sửa thô đá cũng đóng vai trò không kém Trị số tối ưu của MRR được xác định bởi các thông số công nghệ như CK = 5 lần (A1), tthô = 0,025 mm (B2), nthô = 1 lần (C1), ttinh = 0,005 mm (D2), ntinh = 3 lần (E3) và Ssđ 1,4 m/HTĐ (F3).

Từ bảng 4.9, 4.10 và hình 4.5 ta có nhận xét như sau:

Tối ưu hóa đa mục tiêu

Phương pháp Taguchi thường chỉ tối ưu hóa một kết quả đầu ra, nhưng để đạt được hiệu quả tối ưu mạnh mẽ hơn, cần giải quyết đồng thời nhiều mối quan hệ đầu ra Gần đây, một số nghiên cứu đã thành công trong việc tối ưu hóa đồng thời nhiều kết quả đầu ra của EDM và PMEDM bằng cách kết hợp phân tích quan hệ xám (GRA) với phương pháp Taguchi Trong phân tích Taguchi – GRA, một cấp quan hệ xám được sử dụng để đánh giá đồng thời các kết quả đầu ra, giúp biến bài toán tối ưu hóa nhiều đặc tính phức tạp thành tối ưu hóa cấp quan hệ xám duy nhất Nghiên cứu này áp dụng sự kết hợp giữa Taguchi và GRA để tối ưu hóa đồng thời hai kết quả đầu ra của chế độ sửa đá trong gia công mài lỗ: MRR và Ra.

Bước đầu tiên trong quy trình là tiền xử lý dữ liệu, trong đó xác định tỷ số S/N của các kết quả đầu ra Tỷ số S/N sau đó được chuyển đổi thành một chuỗi so sánh và đại lượng không thứ nguyên, với các kết quả được chuẩn hóa trong khoảng từ 0 đến 1 Đối với nhám bề mặt, kết quả mong muốn là “Nhỏ hơn thì tốt hơn”, và tỷ số này được xác định theo cách cụ thể.

Còn đối với năng suất cắt MRR, mong muốn “lớn hơn thì tốt hơn” và được xác định theo công thức:

Trong đó: n là số lần lặp ở mỗi thí nghiệm yi là giá trị đo được ở lần đo thứ i = 1, 2, …,n (n=3)

Bước 2: Xác định giá trị chuẩn hóa

Tỷ số S/N lớn hơn mang lại kết quả đáng tin cậy nhất và ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu Để giảm thiểu sự biến đổi và tránh tác động của các đơn vị khác nhau, tỷ số này được chuẩn hóa bằng Zij (0≤Zij≤1) theo công thức nhất định.

𝑍 𝑖𝑗 = 𝑆𝑁 𝑖𝑗 −min (𝑆𝑁 𝑖𝑗 ,𝑗=1,2,,,𝑘) max(𝑆𝑁 𝑖𝑗 ,𝑗=1,2,,,𝑛)−min (𝑆𝑁 𝑖𝑗 ,𝑗=1,2,,,𝑛) (4.16) Trong đó: j là số thí nghiệm (j)

Tỷ số S/N và giá trị chuẩn hóa Zij ứng với mỗi mục tiêu đầu ra được thể hiện trong bảng 4.11

Bảng 4.11 Trị số S/N, giá trị chuẩn hóa S/N Z ij và giá trị tuyệt đối của sai lệch  j (k)

Bước 3: Xác định hệ số quan hệ xám

+) j=1, 2,…n; k=1, 2, …,m, n là số thí nghiệm, k là số mục tiêu đầu ra

Trị số sai lệch Δoj là sự khác biệt giữa giá trị tham chiếu Z0(k) và giá trị Zj(k) của thí nghiệm thứ j trong mục tiêu thứ k Cụ thể, Δ0𝑗 được tính bằng giá trị tuyệt đối của sai lệch giữa hai trị số này, thể hiện qua công thức ‖𝑍0(𝑘) − 𝑍𝑗(𝑘)‖.

∀𝑘 ‖𝑍 0 (𝑘) − 𝑍 𝑗 (𝑘)‖ là giá trị nhỏ nhất của 0j

∀𝑘 ‖𝑍 0 (𝑘) − 𝑍 𝑗 (𝑘)‖ là giá trị lớn nhất của 0j

Hệ số phân biệt, ký hiệu là , nằm trong khoảng từ 0 đến 1 (K có thể điều chỉnh theo yêu cầu thực tế của hệ thống) Trong nghiên cứu này, giá trị  được sử dụng là 0,5 để thực hiện các phép tính.

Bước 4: Xác định mức độ Quan hệ xám theo công thức:

𝑘∑ 𝑚 𝑖=1 𝛾 𝑖𝑗 (4.18) Đây là giá trị trung bình của các tương tác trong quan hệ xám đã xác định ở bước 3, k là số mục tiêu cần tối ưu

Bảng 4.12 Thể hiện trị số quan hệ xám ứng với các mục tiêu và trị số quan hệ xám trung bình

TT Trị số quan hệ xám  j

Trị số quan hệ xám  j

Bước 5: Xác định mức tối ưu của các yếu tố tối ưu:

Trị số quan hệ xám cao hơn cho thấy chất lượng sản phẩm tốt hơn, cho phép ước lượng tác động và mức độ tối ưu của các yếu tố có thể kiểm soát Bảng 4.12 trình bày trị số quan hệ xám cho từng thí nghiệm, trong đó thí nghiệm số 7 (tthô1, nthô2, CK3, ntinh1, ttinh3, S2) có trị số tương tác lớn nhất, cho thấy tỷ số S/N gần chuẩn hóa và nhiều đặc tính tốt nhất trong 18 thí nghiệm Tuy nhiên, điều này không nhất thiết phản ánh mức độ tối ưu của các yếu tố Theo phương pháp Taguchi, cần xác định trị số quan hệ xám trung bình cho mỗi yếu tố ở các mức khác nhau, được trình bày trong bảng 4.13 và hình 4.8, sử dụng phần mềm Minitab để phân tích.

Bảng 4.13 Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến hệ số quan hệ xám

CK t thô n thô t tinh n tinh S sđ

Trị số quan hệ xám trung bình 0,545

Hình 4.8 Đồ thị các ảnh hưởng chính của các thông số

Trị số quan hệ xám tối ưu cho từng yếu tố trong quá trình sửa đá khi mài lỗ được xác định qua bảng 4.13 và hình 4.8 Bộ thông số tối ưu bao gồm: tthô1/nthô1/CK6/ntinh3/ttinh1/Ssđ3, với các giá trị cụ thể là tthô = 0,02mm, nthô = 1 lần, CK = 5 lần, ntinh = 3 lần, ttinh = 0,005 mm, và Ssđ = 1,4 m/ph.

Bước 6: Thực hiện phân tích hồi quy phương sai (Analysis of Variance –

ANOVA) để xác định các yếu tố quan trọng

Phân tích hồi quy phương sai (ANOVA) là một phương pháp thống kê quan trọng giúp xác định ảnh hưởng của từng yếu tố đến mục tiêu của quá trình Phương pháp này cho phép đánh giá tỷ lệ đóng góp của các yếu tố, từ đó khắc phục hạn chế trong việc đánh giá ảnh hưởng của các thông số trong toàn bộ quá trình theo phương pháp Taguchi.

Tổng độ lệch bình phương (SS) được chia thành hai nguồn chính: tổng các độ lệch bình phương từ mỗi tham số quy trình và tổng bình phương của lỗi Phần trăm đóng góp của từng tham số trong tổng SS giúp đánh giá mức độ quan trọng của sự thay đổi các tham số này Việc đánh giá sự thay đổi của tham số quy trình có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả phân tích.

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật hưởng đáng kể đến mục tiêu khi giá trị F lớn trị số F tra bảng với mức % tương ứng

Bảng 4.14 Kết quả phân tích hồi quy phương sai của trị số quan hệ xám

Thông số DF SS Adj SS MS F C %

Kết quả ANOVA trong bảng 4.14 cho thấy: Số lần sửa đá siêu tinh (CK)

Ảnh hưởng mạnh nhất đến quá trình là 36,02%, tiếp theo là số lần sửa đá tinh với 17,69% Chiều sâu sửa đá thô đạt 15,94%, trong khi chiều sâu sửa đá tinh chỉ chiếm 9,24% Số lần sửa đá thô là 6,94% và cuối cùng, lượng chạy dao chỉ đạt 4,2%.

Bước 7: Tính toán tối ưu hóa và kiểm nghiệm

Xác định trị số quan hệ mờ tối ưu được xác định:

𝜇 𝑜𝑝 ̅̅̅̅̅ = 𝜂 𝑚 + ∑ 6 𝑖=1 (𝜂̅ − 𝜂 𝑚 ) = 𝑡 𝑡ℎô1 + 𝑛 𝑡ℎô1 + 𝐶𝐾 6 + 𝑛 𝑡𝑖𝑛ℎ3 + 𝑡 𝑡𝑖𝑛ℎ1 + 𝑆 𝑠đ3 − 5 ∗ 𝜂 𝑚 Trong đó: m là trị số quan hệ xám trung bình T = 0,545, các trị số tthô1, nthô1,

CK4, nt3, tt1, S1 là trị số quan hệ xám của các thông số ứng với mức tối ưu hóa tương ứng và được lấy từ bảng 4.13

Xác định kết quả tối ưu

Dựa vào các thông số đầu vào tối ưu, giá trị tối ưu của kết quả đầu ra Ra và Fl được xác định theo công thức sau:

(𝑅𝑎, MRR) 𝑇𝑜𝑖𝑢𝑢 là trị số nhám bề mặt hoặc năng suất tối ưu

𝑡 𝑡ℎô1 ̅̅̅̅̅̅ là trị số trung bình nhám bề mặt hoặc năng suất cắt khi chiều sâu sửa đá thô ở mức 1

𝑛 𝑡ℎô1 ̅̅̅̅̅̅̅ là trị số trung bình nhám bề mặt hoặc năng suất cắt khi số lần sửa đá thô ở mức 1

𝐶𝐾 6 ̅̅̅̅̅ là trị số trung bình nhám bề mặt hoặc năng suất cắt khi số lần sửa đá siêu tinh ở mức 6

𝑛 𝑡𝑖𝑛ℎ3 ̅̅̅̅̅̅̅̅ là trị số trung bình nhám bề mặt hoặc năng suất cắt khi số lần sửa đá tinh ở mức 3

𝑡 𝑡𝑖𝑛ℎ1 ̅̅̅̅̅̅̅ là trị số trung bình nhám bề mặt hoặc năng suất cắt khi chiều sâu sửa đá tinh ở mức 1

𝑆 𝑠đ3 ̅̅̅̅̅ là trị số trung bình nhám bề mặt hoặc năng suất cắt khi lượng chạy dao sửa đá ở mức 3

𝑇̅ là trị số trung bình nhám bề mặt hoặc năng suất cắt của toàn bộ thí nghiệm Theo đó:

Để đánh giá độ chính xác của việc tính toán, một thực nghiệm kiểm chứng đã được thực hiện với bộ thông số tối ưu, bao gồm CK= 5 lần, tthô=0,02 mm, nthô= 1 lần, ttinh = 0,005 mm, ntinh = 3 lần, và S 1,4 m/ph Kết quả tối ưu hóa đa mục tiêu gần như tương đương với kết quả tối ưu hóa đơn mục tiêu nhằm đạt MRRmax Kết quả thực nghiệm và so sánh với kết quả tính toán tối ưu được trình bày trong bảng 4.15.

Bảng 4.15 Kết quả so sánh giữa tính toán và thực nghiệm Đặc trưng gia công

Thông số tối ưu Tính toán Thực nghiệm

% sai lệch tthô1, nthô1, CK6, ntinh3, ttinh1, Ssđ3 tthô1, nthô1, CK6, ntinh3, ttinh1, Ssđ3

Nhỏm bề mặt Ra (àm) 0,522 0,566 8,43

Năng suất cắt MRR (mm 3 /s) 3,402 3,1 8,82

Giá trị quan hệ xám 0,8933 0,828

Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng sai số lớn nhất giữa tính toán và thực nghiệm đạt 8,82% khi xác định năng suất cắt Do đó, phương pháp tính toán này hoàn toàn khả thi để dự đoán nhám bề mặt và năng suất cắt.

Chương 4 đã nghiên cứu về ảnh hưởng và mối quan hệ giữa chế độ sửa đá đến nhám bề mặt và năng suất quá trình mài lỗ sử dụng phương pháp Taguchi và tối ưu hóa đa mục tiêu theo quan hệ xám GRA Một số kết luận sau đã được rút ra:

1 Quá trình sửa đá cần thực hiện theo các bước sửa thô, sửa tinh và sửa siêu tinh giúp tạo sự ổn định cho Topography của đá Số lần sửa đá siêu tinh ảnh hưởng mạnh mẽ nhất đến trị số độ nhám bề mặt và năng suất mài Không sửa siêu tinh khi sửa đá có thể giúp giảm trị số độ nhám nhưng việc sửa siêu tinh giúp tăng năng suất mài lên đáng kể Chiều sâu sửa đá tthô, ttinh càng lớn có thể làm tăng nhám bề mặt và giảm MRR mài Đồng thời còn gây tăng chi phí cho đá mài Do đó, nên chọn chiều sâu sửa đá hợp lý Số lần sửa thô càng lớn cũng gây tăng nhám bề mặt và giảm MRR, số lần sửa tinh càng nhiều thì càng tốt và sẽ giúp giảm nhám bề mặt và tăng MRR

2 Kết quả nghiên cứu giúp cho việc lựa chọn loại các chế độ sửa đá hợp lý khi mài lỗ thép 90CrSi qua tôi để đạt được các điều kiện về kinh tế, kỹ thuật khác nhau: +) Khi cần đạt trị số độ nhám nhỏ nhất (mài tinh) chế độ sửa đá là (CK = 0; tthô

= 0,025mm; nthụ = 1; ttinh = 0,01mm; ntinh = 3; Ssđ = 1,4m/p) Ramin = 0,318àm

+) Khi cần đạt năng suất mài cao nhất (mài thô) chế độ sửa đá là (CK = 5; tthô

= 0,025mm; nthô = 1; ttinh = 0,005mm; ntinh = 3; Ssđ = 1,4m/p) MRRmax = 3,42 mm 3 /s) +) Khi cần đạt hài hòa cả 2 mục tiêu năng suất mài cao nhất CK = 5, tthô

=0,02mm; nthô = 1, ttinh = 0,005mm, ntinh = 3, Ssđ = 1,4m/p và lúc này MRR 3,402mm 3 /s, Ra = 0,522àm

XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ĐÁ MÀI KHI THAY ĐÁ TRONG

Phân tích chi phí cho quá trình mài lỗ

Trong chương 1, các mô hình tính toán chi phí mài được xây dựng bao gồm chi phí cho đá mài, máy móc và nhân công Mô hình của Ebbrells – Rowe được đánh giá là tương đối đầy đủ nhưng chưa phản ánh trực tiếp ảnh hưởng của lượng chạy dao, vận tốc cắt và chi phí máy móc Nghiên cứu của Karpuschewki đã giới thiệu một mô hình tính toán chi phí cho sản phẩm trong quá trình gia công với nhiều yếu tố như chi phí vật liệu, gia công, thiết kế và phân phối.

Pi đã phát triển mô hình tính chi phí cho quá trình gia công cắt tia nước có hạt mài và mài tròn ngoài, trong đó chi phí được phân chia thành chi phí cố định và chi phí thay đổi Mô hình này xem xét tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí và lợi nhuận trong quá trình gia công Dựa trên các mô hình chi phí hiện có, một mô hình mới cho quá trình mài lỗ đã được đề xuất.

Chi phí cho quá trình mài lỗ bao gồm ba yếu tố chính: chi phí cho đá mài, chi phí cho máy móc và chi phí cho nhân công Cụ thể, chi phí cho đá mài phát sinh do sự hao mòn trong quá trình gia công và sửa chữa, trong khi chi phí cho máy bao gồm các khoản như máy mài, chi phí nhà xưởng, khấu hao và điện năng Cuối cùng, chi phí cho con người bao gồm lương cho công nhân và quản lý.

Cmt,h chi phí cho máy và con người theo giờ (VNĐ/giờ)

Cwa,h chi phí quản lý, chi phí cho lương con người (VNĐ/giờ)

Cm,h chi phí cho máy theo giờ (VNĐ/giờ)

Cgw,p chi phí cho đá mài khi mài 1 chi tiết (VNĐ) tt là tổng thời gian mài một chi tiết (giờ)

5.1.1 Tổng thời gian mài 01 chi tiết, t t

Thời gian tổng thể để mài một chi tiết bao gồm các yếu tố như thời gian mài cơ bản (tc), thời gian thay chi tiết (tL), thời gian chạy không ăn dao (ts), thời gian sửa đá (td,p) và thời gian thay đá (tcw) Công thức tính tổng thời gian này được biểu diễn như sau: tt = tc + tL + ts + td,p + tcw,p Trong đó, thời gian sửa đá mài cho một chi tiết được tính là td,p.

 N (td thời gian trung bình của 1 lần sửa đá (giờ))

 t (Nd là số chi tiết mài được sau 1 lần sửa đá; tw Tuổi bền (giờ);

 t (5.3) b Thời gian thay đá mài tính cho mài 1 chi tiết, t cw,p

 N (thời gian thay đá mài khi mài 1 chi tiết, Nw là số chi tiết mài được của 1 viên đá mài trong suốt thời gian làm việc)

 (5.5) c Thời gian cơ bản khi mài t c w' ,

Chiều dài mài được tính bằng công thức l w’ = (l w + 2a), trong đó l w là chiều dài chi tiết mài (mm) và a là đoạn chạy vượt quá khi mài (mm) Lượng chạy dao hướng kính fr được đo bằng mm/htd, trong khi lượng chạy dao dọc fa được tính bằng mm/giờ Cuối cùng, ae,tot đại diện cho lượng dư theo phương bán kính (mm).

*Lượng chạy dao khi mài

Nghiên cứu này sử dụng vật liệu thép 90CrSi đã được nhiệt luyện với độ cứng Rockwell HRC từ 58 đến 62 Các công thức xác định lượng chạy dao và các hệ số được tham khảo từ tài liệu [12].

Lượng chạy dao dọc f a (mm/phút)

Tốc độ quay của chi tiết nw = 1255,8.dw -0,3491 (5.8) Với Bgw : chiều rộng đá mài (mm) dw : đường kính gia công (mm)

Srg : cấp độ nhám cần đạt dw : đường kính lỗ cần mài (mm)

Thay công thức 5.8 vào công thức 5.7 ta được công thức tính lượng chạy dao dọc f a

Lượng chạy dao ngang f r (mm/htđ)

, 1 2 3 4 r r tab f  f    c c c c (5.10) fr,tab là lượng chạy dao hướng kính được tra trong bảng tra trong tài liệu

0,567 0,9693 0,1269 , 30, 2944 , r tab e tot a w f   a  f   d  (5.11) c1, c2, c3, c4 là các hệ số được xác định như sau

1 0.0288 c  tg (tg là cấp chính xác cần đạt) (5.12)

Thay công thức từ 5.11 đến 5.15 vào công thức 5.10 ta thu được công thức tính lượng chạy dao ngang f r

Ta có công thức tính thời gian mài cơ bản tc w ,

(5.17) Vậy tổng thời gian mài một chi tiết là w ,

0,759 1 ( ). pd ed cw ld e tot d t L s g rg g ld e w e w a t d a a t t t t

, us mc y in y ro y ma y en y m h e

Cmc,y = Cmc/Ttot; Cin,y = Cmc.xint; Cro,y = Csqm.Amt; Cma,y = xma.Cmc;

Cen,y = Tuse.Cen.Ptot.dop; Tuse = xsh.tsh.dwor.xut int w

mc tot mc sqm mt mc ma en sh sh or ut tot op m h sh sh or ut

Chi phí hệ thống gia công hàng năm (Cmc,y) bao gồm nhiều yếu tố như chi phí trả lãi ngân hàng (Cin,y), chi phí cho nhà xưởng (Cro,y), chi phí duy tu bảo dưỡng (Cma,y) và chi phí năng lượng (Cen,y) Thời gian sử dụng máy (Tuse) được tính bằng giờ/năm, trong khi chi phí mua hệ thống gia công (Cmc) và số năm khấu hao máy (Ttot) cũng ảnh hưởng đến tổng chi phí Lãi suất ngân hàng hàng năm (xint) và chi phí nhà xưởng cho mỗi mét vuông (Csqm) cũng cần được xem xét Diện tích mà máy chiếm chỗ (Amt) và tỷ lệ chi phí dành cho duy tu, bảo dưỡng (xma) là những yếu tố quan trọng Chi phí điện (Cen) được tính theo VNĐ/kWh, trong khi công suất tổng thể của hệ thống (Ptot) và tỷ lệ thời gian hoạt động (dop) quyết định hiệu suất làm việc Số ca làm việc trong ngày (xsh), số giờ làm việc trong ca (tsh) và số ngày làm việc trong năm (dwor) cũng ảnh hưởng đến tỷ lệ sử dụng máy (xut), trong đó chi phí cho mũi sửa đá và dung dịch bôi trơn được tính vào chi phí hệ thống gia công (Cmc).

5.1.3 Chi phí cho con người và chi phí gián tiếp C wa,h

Chi phí cho con người bao gồm chi phí cho công nhân trực tiếp vận hành máy móc, chi phí quản lý và các chi phí gián tiếp khác.

Chi phí cho công nhân trực tiếp đứng máy gia công được ký hiệu là Cla,h và tính theo giờ Trong khi đó, Cov,h đại diện cho chi phí quản lý, chiếu sáng và các chi phí gián tiếp khác Tỷ lệ sử dụng máy được ký hiệu là xut, với giá trị dao động từ 0,7 đến 0,8.

5.1.4 Chi phí cho đá mài C gw,p gw w, w g p

Cgw : Chi phí một viên đá mài (VNĐ)

Cgw,p : Chi phí đá mài khi mài một chi tiết

Nw : tổng số chi tiết mài được của một viên đá (tương ứng với tuổi thọ của đá mài)

Cgw là chi phí viên đá mài (VNĐ)

D0 là đường kính đá mài khi mới (mm)

Khi thay kính đá mài, wpd là lượng mòn của đá sau mỗi lần mài, trong khi aed là tổng chiều sâu sửa đá.

Thay công thức 5.20 và 5.27 vào công thức 5.4 ta được mô hình xác định chi phí mài một chi tiết khi mài lỗ

60 ( ) ( ). pd ed cw pd ed c m h a h d t p L s c w e w e a t a t

Ảnh hưởng của các thông số đến chi phí của quá trình mài lỗ

Chi phí gia công khi mài lỗ chịu ảnh hưởng từ nhiều thông số, bao gồm 18 yếu tố như đường kính đá mài, chiều rộng đá mài, đường kính lỗ mài và các chi phí thành phần như chi phí máy móc, nhân công, và đá mài Để khảo sát ảnh hưởng của các thông số này, một thí nghiệm mô phỏng đã được thiết kế và thực hiện bằng phần mềm máy tính, bỏ qua thời gian thay chi tiết và thời gian chạy mài hết hoa lửa Kết quả khảo sát dựa trên 15 thông số, được trình bày trong Bảng 5.1, với việc sử dụng quy hoạch riêng phần 2 k-p và phần mềm Minitab, cho ra 128 thí nghiệm Dữ liệu được tính toán theo công thức từ 5.1 đến 5.25.

Bảng 5.1 Các nhân tố ảnh hưởng tới chi phí mài và các giá trị của chúng

STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

Bảng 5.2 Số liệu thí nghiệm và kết quả tính chi phí mài

T Cgw Cm,h Cwa,h td tw wpd aed  Rld  aetot Bgw Sr g tg D0 Ct,p

Hình 5.1 Đồ thị Pareto ảnh hưởng các thông số đến chi phí mài

Biểu đồ Pareto trong Hình 5.1 cho thấy các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí quá trình mài lỗ, trong đó Rld, tw, ae, tot, Cgw, Cm,h,  và  là những nhân tố có tác động đáng kể Ngược lại, các yếu tố như D0, tg, td, wpd, aed, Cwa,h, Srg và Bgw chỉ ảnh hưởng nhỏ đến chi phí Đặc biệt, Srg, Bgw, wpd, aed và Cwa,h có tác động không đáng kể đến chi phí mài lỗ.

Tỉ số giữa chiều dài và đường kính lỗ Rld (J) là yếu tố chính ảnh hưởng đến chi phí mài lỗ, bởi nó phản ánh độ sâu của lỗ; lỗ sâu hơn sẽ khó gia công hơn và yêu cầu công nghệ mài phức tạp hơn Bên cạnh đó, đường kính chi tiết gia công tw (E) cũng là yếu tố quan trọng thứ hai tác động đến chi phí mài Các yếu tố khác như lượng dư mài ae,tot (L), giá thành đá mài Cgw (A), chi phí cho máy Cm,h (B), và tỷ lệ đá mài De/D0 (delta – H) cũng có ảnh hưởng đáng kể Nhân tố H, đại diện cho đường kính đá mài, ảnh hưởng đến chi phí đá mài và vận tốc cắt trung bình Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, đường kính đá mài ban đầu D0 không có ảnh hưởng lớn đến chi phí gia công do sự tác động của dw thông qua hệ số ; khi D0 tăng, dw cũng tăng theo, dẫn đến ảnh hưởng hạn chế của D0 tới chi phí mài.

Đồ thị Pareto trong Hình 5.2 cho thấy mức độ ảnh hưởng của các thông số đến chi phí gia công khi mài lỗ, nhưng không thể hiện xu hướng ảnh hưởng của các thông số này.

Đồ thị trong hình 5.2 minh họa tác động của 15 nhân tố đến chi phí mài trung bình của một chi tiết Bài viết sẽ phân tích ảnh hưởng của các chi phí thành phần đến quá trình mài.

Chi phí gia công chịu ảnh hưởng đồng biến từ các yếu tố như chi phí máy Cm,h, chi phí con người và quản lý theo giờ Cwa,h, cùng với chi phí đá mài Cgw Khi các giá trị này tăng, chi phí quá trình mài cũng sẽ tăng theo Ngoài ra, các thông số liên quan đến chế độ công nghệ như t d, a ed và a e,tot cũng có tác động đáng kể đến chi phí gia công.

Tổng chiều sâu sửa đá aed tăng làm tăng chi phí, nhưng mức độ ảnh hưởng không đáng kể Thời gian sửa đá td không ảnh hưởng lớn đến chi phí gia công, tuy nhiên, khi tăng td, chi phí mài sẽ tăng do thời gian sửa đá lâu dẫn đến thời gian mài tăng Để giảm chi phí mài, cần nghiên cứu giảm thời gian sửa đá thông qua tự động hóa và giảm thời gian tháo lắp dụng cụ Ngoài ra, lượng dư mài ae,tot là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến chi phí, với lượng dư mài lớn làm tăng thời gian mài tc.

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật chỉ ra rằng chi phí mài tăng lên do lượng dư mài cần được lựa chọn hợp lý để phù hợp với yêu cầu gia công Tỷ số chiều dài chi lỗ trên đường kính lỗ Rld và đường kính chi tiết có ảnh hưởng mạnh mẽ đến chi phí mài; lỗ càng sâu và lớn, chi phí gia công càng cao Điều kiện gia công khắc nghiệt với lượng chạy dao ngang hạn chế làm tăng khối lượng bóc tách vật liệu, dẫn đến chi phí gia công gia tăng Ngoài ra, cấp độ nhám Srg lớn và cấp chính xác tg thấp cũng làm tăng chi phí do yêu cầu kỹ thuật cao hơn Để giảm chi phí mài, cần hạn chế chọn Rld lớn Yếu tố , liên quan đến đường kính chi tiết dw và đường kính đá mài ban đầu D0, cũng ảnh hưởng đến chi phí; tỷ số  lớn đồng nghĩa với lỗ chi tiết kích thước lớn và đường kính D0 nhỏ, làm tăng chi phí mài Thêm vào đó, các thông số như D0, De/D0, tw, wpd và Bgw cũng có ảnh hưởng đến chi phí mài.

Chi phí đá mài tăng lên dẫn đến chi phí mài tăng theo Tuy nhiên, tuổi bền của đá tw cao giúp giảm chi phí, và tác động của tuổi bền lớn hơn so với chi phí đá mài Bên cạnh đó, lượng mòn của đá wpd và bề rộng của đá cũng cần được xem xét.

Bgw không ảnh hưởng nhiều đến chi phí gia công, vì vậy việc sử dụng đá chất lượng cao, mặc dù giá thành cao, vẫn có thể giúp giảm chi phí Tối ưu hóa chế độ công nghệ để tăng tuổi bền của đá mài cũng đóng góp vào việc giảm chi phí gia công Đường kính ban đầu của đá D0 và đường kính chi tiết có mối liên hệ qua hệ số β; khi D0 tăng, tốc độ cắt trung bình tăng và thời gian gia công giảm, nhưng điều này cũng làm tăng thể tích vật liệu cần bóc tách và chi phí mài Thêm vào đó, đường kính thay đá De cũng ảnh hưởng đến chi phí mài; cụ thể, khi tỷ lệ delta (De/D0) giảm, chi phí sẽ giảm theo.

Đường kính thay đá hợp lý

Phần này sẽ phân tích tác động của các thông số quá trình mài và chi phí thành phần đến đường kính tối ưu của đá mài, đồng thời xây dựng mô hình tính toán cho đường kính này Nghiên cứu được thực hiện dựa trên phân tích chi phí của quá trình mài lỗ như đã đề cập ở phần 5.2.

Dựa trên phân tích chi phí mài trong phần 5.2, đường kính thay đá tối ưu được xác định bằng cách tối thiểu hóa chi phí mài cho chi tiết Ct,p, theo công thức 5.25 Do đó, bài toán tối thiểu hóa chi phí mài có thể được biểu diễn dưới dạng: minC t p = min (f D e) (5.26).

5.3.1 Xác định đường kính thay đá hợp lý

Có thể tính toán các thông số cụ thể như D0 (mm), Bgw% (mm), aed=0,12 (mm), Cm,hp.000 (VNĐ/h), Cwa,hF.000 (VNĐ/h), Cgwp.000 (VNĐ), thời gian làm việc tw (min), wpd=0,02 (mm), tg=7, Rld=2, td=0,3 (phút), tcw=2,4 (phút), tL=0,54 (phút), ts=0,3 (phút), Srg=7, dw% (mm), ae,tot=0,1 (mm) Mối quan hệ giữa chi phí mài một chi tiết Ct,p (VNĐ/h) và đường kính thay đá De (mm) cho thấy chi phí mài phụ thuộc vào đường kính thay đá và tuổi thọ của đá, với giá trị tối ưu của đường kính thay đá là De,op  17,5mm, tại đó chi phí mài đạt giá trị nhỏ nhất Cmin = 5.927VNĐ, cao hơn đáng kể so với đường kính thay đá truyền thống khoảng 14 mm.

Hình 5.3 Mối quan hệ giữa đường kính đá mài khi thay với chi phí mài

C hi phí m ài m ọt c hi ti ết - C t,p (V N Đ /ct ) Đường kính đá mài khi thay - D e (mm)

Việc xác định đường kính đá mài hợp lý có ảnh hưởng lớn đến chi phí gia công So sánh chi phí mài khi sử dụng đá có đường kính tối ưu De,op  17,5mm với đá có đường kính truyền thống De,min = 14mm cho thấy chi phí giảm từ 6.528 VNĐ/chi tiết xuống còn 5.927 VNĐ/chi tiết, tương ứng với mức giảm 9,2% Đồng thời, tổng thời gian gia công trung bình cũng giảm từ 192 giây xuống còn 164 giây, giảm 14,7%.

5.3.2 Ảnh hưởng của các thông số đến đường kính thay đá hợp lý

Giá trị của đường kính thay đá hợp lý phụ thuộc vào nhiều thông số khác nhau Để đánh giá ảnh hưởng của các thông số này, 10 thông số đã được chọn khảo sát và được trình bày trong bảng 5.3 Do đó, đường kính thay đá hợp lý có thể được biểu diễn theo một hàm cụ thể.

, ( 0, , , , w, w , , , , , , ) e op wg ed g pd m h wa h gw ld

Bảng 5.3 Phạm vi khảo sát các biến thực nghiệm

Nhân tố Ký hiệu Đơn vị Mức thấp Mức cao Đường kính đá mài ban đầu D0 mm 10 40

Bề rộng đá mài Bgw mm 8 30

Tổng chiều sâu sửa đá aed mm 0,05 0,15

Lượng mòn đá wpd mm 0,01 0,07

Chi phí cho máy theo giờ Cmh VNĐ/h 46.000 230.000 Chi phí cho con người, quản lý Cwa VNĐ/h 34.500 138.000

Giá 1 viên đá Cgw VNĐ/p 23.000 230.000

Để khảo sát ảnh hưởng của các thông số đến hàm mục tiêu, một thí nghiệm mô phỏng đã được thiết kế và thực hiện bằng phần mềm Minitab Phần mềm này được chọn để xây dựng kế hoạch thí nghiệm và phân tích dữ liệu, sử dụng thiết kế thí nghiệm toàn phần 2 mức.

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật khảo sát 10 biến được trình bày trong bảng 5.3 Đồng thời, trong cùng điều kiện công nghệ và hình thức gia công, một số thông số được giữ cố định như thể hiện trong bảng 5.4.

Bảng 5.4 Giá trị các tham số khảo sát ảnh hưởng chi phí mài lỗ

Hình 5.4 Khai báo biến thí nghiệm trong phần mềm Minitab

Bảng 5.5 Kế hoạch thí nghiệm sàng lọc

TT D 0 B gw a ed t g t w w pd C m,h C wa,h C gw R ld D e,op

Cách khai báo biến thí nghiệm cho bước khởi tạo kế hoạch thí nghiệm được minh họa trong hình 5.4 Kế hoạch thí nghiệm bao gồm 128 bộ dữ liệu và các giá trị đường kính hợp lý được tính toán từ chương trình, như thể hiện trong bảng 5.5.

Thông số Đơn vị Giá trị Thông số Đơn vị Giá trị dw mm 1,1xD0 tcw phút 2,4 ae,tot mm 0,1 tL phút 0,54 td phút 0,3 ts phút 0,3

Các thông số thí nghiệm có ảnh hưởng lớn đến nhám bề mặt Ra được xác định định tính qua đồ thị thể hiện các ảnh hưởng chính Trong đồ thị này, mỗi biến thí nghiệm được trình bày độc lập trên một biểu đồ chung (Hình 5.5).

Hình 5.5 Đồ thị các ảnh hưởng chính đến D e,op

Hình 5.5 trình bày mười đồ thị thể hiện ảnh hưởng của mười biến trong các ô độc lập Khi D0 thay đổi từ 10 đến 40, hàm mục tiêu De,op biến đổi từ 5,0 đến 26,5, với độ dốc đạt 10,75 Đối với các biến khác như Bgw, aed, tg, tw, wpd, Cm,h, Cwa,h, Cgw và Rld, độ dốc lần lượt là: 0.0, 0.7, 0.05, 3, 0.0, 1.15, 0.7, 2.95, và 0.0 So sánh cho thấy độ dốc của D0 là lớn nhất, tiếp theo là tw, Cgw, Cm,h, Cwa,h, aed, trong khi tg và Bgw có ảnh hưởng không đáng kể Cuối cùng, wpd và Rld không có ảnh hưởng do độ dốc bằng 0 Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số, có thể tham khảo các đồ thị ảnh hưởng chung (hình 5.8) hoặc đồ thị Pareto của các ảnh hưởng tiêu chuẩn (hình 5.9).

Hình 5.6 Đồ thị ảnh hưởng chung của các yếu tố

Hình 5.7 Đồ thị Pareto của các yếu tố ảnh hưởng D 0 , B w , a ed , tg, T w , W pd , C mh , C wh ,

Trong hình 5.6, đồ thị thể hiện hàm mục tiêu với mức ý nghĩa 0,05, trong đó các yếu tố có ảnh hưởng lớn được đánh dấu bằng các điểm hình vuông màu đỏ Những yếu tố này bao gồm: A (biến D0), J (biến Cgw), E (biến tw), G (biến Cm,h), và H (biến De,op), tất cả đều có tác động đáng kể đến đường kính đá mài hợp lý.

Cwa,h), J (biến Cgw), C (biến aed) và các tương tác bậc 2: AE (D0*tw), AJ (D0*Cgw),

AG (D0*Cmh), EJ (tw*Cgw), AH (D0*Cwah), AC (D0*aed), GH (Cmh*Cwah), GJ

(Cmh*Cgw) và BC (Bgw*aed) Nhân tố D (tg), wpd (F) và Rld (K) không ảnh hưởng tới đường kính hợp lý

Trên đồ thị Pareto (hình 5.7), Minitab sử dụng giá trị mức ý nghĩa để vẽ đường giới hạn với hoành độ 1,99 Các giá trị ảnh hưởng đã được chuẩn hóa được thể hiện dưới dạng thanh ngang Những yếu tố có thanh biểu diễn nằm bên phải đường giới hạn là các giá trị có ảnh hưởng đáng kể, trong khi các yếu tố nằm bên trái đường giới hạn có ảnh hưởng yếu Đồ thị này cho thấy thứ tự ảnh hưởng của các yếu tố và tương tác từ cao đến thấp, bắt đầu với D0.

D0*tw, D0*Cgw, Cgw, tw, D0*Cmh, Cm,h, Cwa,h, tw*Cgw, D0*Cwah, D0*aed, Cmh*Cwah,

Cmh*Cgw và aed cuối cùng là Bgw*aed là những yếu tố quan trọng trong phương trình hồi quy để xác định đường kính hợp lý khi thay đá.

5.3.3 Mô hình hồi quy xác định đường kính đá mài khi thay hợp lý

Mô hình hồi quy tương tác hai yếu tố đã được xác định và sau khi loại bỏ các yếu tố có ảnh hưởng yếu, kết quả được thể hiện trong phương trình 5.28 Mô hình này phù hợp cao với dữ liệu trong bảng 5.5, với hệ số tương quan r² đạt 99,63% Phương trình mô tả mối quan hệ giữa De,op và các thông số ảnh hưởng chính có thể được viết như sau:

De,op = -2.614 + 0.6620 D0 + 0.0408 Bgw + 7.45 aed - 0.0304 tw

Công thức (5.28) phù hợp với mô hình đã chọn nhờ vào các hệ số adj-R² và pred-R² cao, như thể hiện trong bảng 5.6 Trong phương trình này, các hệ số liên quan đến biến Cm,h đều có giá trị đáng kể.

Chương 5 đã nghiên cứu về chi phí của quá trình mài lỗ và đường kính hợp lý khi thay đá trong quá trình mài lỗ Thêm vào đó, nhờ áp dụng quy hoạch thực nghiệm, ảnh hưởng của các thông số đến chi phí mài lỗ và đường kính hợp lý của đá mài khi thay đá được nghiên cứu

1 Đã xây dựng được mô hình tính toán chi phí gia công khi mài lỗ với nhiều thông số được xét đến Từ mô hình này ảnh hưởng của các thông số quá trình mài và các chi phí thành phần đến chi phí mài lỗ đã được khảo sát Qua đó rút ra một số kết luận sau:

- Tỷ số giữa chiều dài và đường kính lỗ mài ảnh hưởng mạnh mẽ nhất đến chi phí mài lỗ;

Chi phí gia công bị ảnh hưởng đáng kể bởi các yếu tố như hệ thống công nghệ, chi phí nhân sự và chi phí đá mài Khi các chi phí này gia tăng, chi phí mài lỗ cũng sẽ tăng theo.

Để giảm chi phí trong quá trình mài, có thể áp dụng một số biện pháp như giảm chi phí máy móc, đá mài và nhân lực, bao gồm công nhân và quản lý Bên cạnh đó, việc sử dụng đá mài có tuổi bền cao và nghiên cứu các biện pháp nâng cao tuổi thọ của đá là rất quan trọng Cần xác định lượng dư mài và lượng dư sửa đá hợp lý, đồng thời nghiên cứu các phương pháp giảm thời gian sửa đá, chẳng hạn như tự động hóa quá trình sửa đá và giảm thời gian tháo lắp dụng cụ sửa đá.

2 Đường kính đá mài khi thay ảnh hưởng lớn tới chi phí mài lỗ và tồn tại một giá trị đường kính đá mài khi thay hợp lý để đạt hàm mục tiêu chi phí nhỏ nhất Công thức để xác định đường kính đá mài hợp lý khi thay đá De,op đã được đề xuất

3 Ảnh hưởng của các nhân tố tới đường kính đá mài hợp lý khi thay đá như sau: Đường kính đá mài ban đầu D0 ảnh hưởng mạnh mẽ nhất đến đường kính đá mài khi thay hợp lý De,op, tiếp đến là giá thành viên đá Cgw, tuổi bền tw, và chi phí cho máy Cm,h, chi phí cho con người và quản lý Cwa,h và tổng chiều sâu sửa đá aeđ tỷ số Rld, lượng mòn đá wpd, cấp chính xác tg không ảnh hưởng tới De,op Các nhân tố bậc hai ảnh hưởng tới De,op là D0*tw, D0*Cgw, D0*Cmh, tw*Cgw, D0*Cwah, D0*aed,

Cmh*Cwah, Cmh*Cgw vàcuối cùng là Bgw*aed ,

Áp dụng đường kính thay đá hợp lý mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt, giúp giảm chi phí mài sản phẩm lên đến 9,2% và rút ngắn tổng thời gian mài khoảng 14,7%.

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN

Mục tiêu của luận án này là nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ thông qua việc giải quyết các vấn đề như xác định chế độ bôi trơn làm nguội hợp lý, chế độ sửa đá thích hợp và đường kính đá mài khi thay đổi Các kết quả chính và đóng góp mới của luận án được tóm tắt như sau:

1 Đề xuất mô hình nâng cao hiệu quả khi mài lỗ Từ đó đề xuất các giải pháp để nâng cao hiệu quả khi mài

2 Đã nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của lưu lượng, nồng độ dung dịch BTLN của 2 loại dung dịch BTLN là Aquatex 3180 và Emulsion đến nhám bề mặt và đề xuất chế độ BTLN hợp lý đối với 2 loại dung dịch khi mài lỗ vật liệu thép 90CrSi

3 Đã nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ sửa đá mài đến độ nhám bề mặt và năng suất mài Chế độ sửa đá được chia thành 03 bước: sửa thô, sửa tinh và sửa siêu tinh Trong đó, số lần sửa đá siêu tinh ảnh hưởng mạnh mẽ nhất đến trị số độ nhám bề mặt và năng suất mài Chế độ sửa đá hợp lý khi mài lỗ thép 90CrSi qua tôi đã giúp cải thiện chất lượng bề mặt và tăng năng suất đáng kể

4 Xây dựng được mô hình tính toán chi phí mài lỗ và khảo sát ảnh hưởng của các nhân tố đến chi phí mài lỗ Trong mô hình này đã kể đến ảnh hưởng của 18 nhân tố chi phí mài Các nhân tố này bao gồm các chi phí thành phần như chi phí máy mài, chi phí con người (bao gồm chi phí công nhân, quản lý…), chi phí đá mài

Các thông số quan trọng trong quá trình mài bao gồm đường kính đá ban đầu, chiều rộng đá mài, độ mòn của đá, tổng chiều sâu sửa đá và thời gian sửa đá Đặc biệt, mô hình khảo sát đã đưa vào thông số đường kính đá khi thay thế, hay còn gọi là tuổi thọ của đá, để đánh giá hiệu quả của quá trình mài.

5 Xây dựng được phương pháp xác định đường kính đá mài khi thay hợp lý cho mài lỗ nhằm đạt chi phí gia công nhỏ nhất – đó là xây dựng và giải bài toán cực tiểu hóa giá thành mài Nhờ áp dụng công thức đường kính đá mài khi thay hợp lý chi phí mài có thể giảm 9,2%, tổng thời gian mài giảm 14,7% Phương pháp này có thể áp dụng trong các trường hợp máy mài không có khả năng thay đổi tốc độ quay trục chính của đá mài

6 Xây dựng mô hình hồi quy giúp xác định đường kính đá mài khi thay để chi phí gia công nhỏ nhất

Hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu này đã phát hiện một số giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả quá trình mài, tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề cần được đầu tư nghiên cứu thêm Các hướng nghiên cứu tiếp theo cần được xem xét để cải thiện hơn nữa hiệu suất mài.

1 Nghiên cứu sâu hơn về phương pháp BTLN và tìm cách đưa dung dịch BTLN vào tiếp cận sâu hơn vùng gia công

2 Với lỗ có đường kính nhỏ hơn 10mm, chiều sâu lớn điều kiện gia công rất khốc liệt và đòi hỏi thiết bị hiện đại, có độ cứng vững cao do đó cần được tiếp tục quan tâm

3 Khảo sát ảnh hưởng của chế độ BTLN và chế độ sửa đá đến các tính chất cơ, lý của bề mặt chi tiết gia công

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI

Tiêu đề	Luận Án Tiến Sĩ Kỹ Thuật Nghiên Cứu Chế Độ Công Nghệ Sửa Đá, Bôi Trơn Làm Ngủi Và Xác Định Đường Kính Đá Mài Tối Ưu Khi Thay Đá Để Nâng Cao Hiệu Quả Của Quá Trình Mài Lỗ
Tác giả	Lê Xuân Hưng
Trường học	Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Chuyên ngành	Kỹ thuật
Thể loại	luận án
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Thái Nguyên

Định dạng
Số trang	142
Dung lượng	8,25 MB

Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu chế độ công nghệ sửa đá, bôi trơn làm nguội và xác định đường kính đá mài tối ưu khi thay đá để nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ

TỔNG QUAN VỀ MÀI LỖ

Giới thiệu về mài lỗ

Các đặc điểm của quá trình mài lỗ

Mòn đá và tuổi bền của đá mài

Tổng quan các nghiên cứu về mài lỗ

Kết luận chương 1

MÔ HÌNH NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH MÀI LỖ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM

Mô hình nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ

Hệ thống thí nghiệm

Kết luận chương 2

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ BÔI TRƠN – LÀM NGUỘI ĐẾN QUÁ TRÌNH MÀI LỖ

Mục đích thí nghiệm

Thiết kế thí nghiệm

Thực nghiệm và xử lý kết quả

Kết luận chương 3

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ ĐẾN QUÁ TRÌNH MÀI LỖ

Mục đích thí nghiệm

Thiết kế thí nghiệm

Ảnh hưởng của chế độ sửa đá đến nhám bề mặt và năng suất khi mài lỗ

Tối ưu hóa đa mục tiêu

Kết luận chương 4

XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ĐÁ MÀI KHI THAY ĐÁ TRONG

Phân tích chi phí cho quá trình mài lỗ

Ảnh hưởng của các thông số đến chi phí của quá trình mài lỗ

Đường kính thay đá hợp lý

Kết luận chương 5