Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt và mòn dụng cụ khi phay cao tốc thép skd61 đã nhiệt luyện

Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt và mòn dụng cụ khi phay cao tốc thép skd61 đã nhiệt luyện Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt và mòn dụng cụ khi phay cao tốc thép skd61 đã nhiệt luyện Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt và mòn dụng cụ khi phay cao tốc thép skd61 đã nhiệt luyện

hiê I BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI LÊ THẾ HƯNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT VÀ MÒN DỤNG CỤ KHI PHAY CAO TỐC THÉP SKD61 ĐÃ NHIỆT LUYỆN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2023 BỘ CÔNƯƠNG II BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI LÊ THẾ HƯNG LÊ THẾ HƯNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT VÀ MÒN DỤNG CỤ KHI PHAY CAO TỐC SKD61 ĐÃ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÉP MỘT SỐ THÔNG NHIỆT LUYỆN SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ KHI PHAY CAO TỐC VẬT LIỆU CÓ ĐỘ CỨNG CHUYÊN NGÀNH: KỸCAO THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 9.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM VĂN BỔNG PGS.TS HOÀNG TIẾN DŨNG Hà Nội - 2023 III LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành biết ơn sâu sắc tới tập thể hướng dẫn khoa học PGS.TS Phạm Văn Bổng PGS.TS Hoàng Tiến Dũng ln theo sát tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thiện luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Đảng ủy, Ban Giám hiệu, Phịng Đào tạo, Khoa Cơ khí, Trung tâm đào tạo sau đại học - Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hoàn thành Luận án Xin cám ơn tập thể nhà khoa học lĩnh vực Cơ khí chế tạo máy trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, trường Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng yên, trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái nguyên, trường Đại học Giao thông vận tải, Học viện kỹ thuật Quân giúp đỡ có nhiều ý kiến đóng góp cho tơi hồn thành luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn đến Viện khoa học vật liệu, Viện vũ khí, Cơng ty TNHH KEYENCE Việt Nam, Cơng ty TNHH HITACHI Việt Nam hỗ trợ trình thực nghiệm Cuối xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bố, mẹ, vợ, con, anh, chị, em nguồn động viên truyền nhiệt huyết để tơi hồn thành luận án Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023 NGHIÊN CỨU SINH Lê Thế Hưng IV LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn PGS.TS Phạm Văn Bổng PGS.TS Hoàng Tiến Dũng Kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023 TÁC GIẢ LÊ THẾ HƯNG V MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN III LỜI CAM ĐOAN IV DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT VIII DANH MỤC CÁC HÌNH X DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU XIV MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 6.1 Ý nghĩa khoa học 6.2 Ý nghĩa thực tiễn Những đóng góp đề tài Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ Q TRÌNH GIA CƠNG VẬT LIỆU CÓ ĐỘ CỨNG CAO 1.1 Tổng quan vật liệu có độ cứng cao .7 1.1.1 Khái niệm phân loại vật liệu có độ cứng cao 1.1.2 Đặc điểm vật liệu có độ cứng cao .8 1.1.3 Ứng dụng loại vật liệu có độ cứng cao 10 1.2 Tổng quan q trình gia cơng vật liệu có độ cứng cao 11 1.2.1 Đặc điểm trình gia cơng vật liệu có độ cứng cao 11 1.2.2 Một số phương pháp gia công vật liệu có độ cứng cao 12 1.2.3 Dụng cụ gia cơng vật liệu có độ cứng cao 16 1.3 Tình hình nghiên cứu gia cơng vật liệu có độ cứng cao 23 1.3.1 Tình hình nghiên cứu nước 23 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 24 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Q TRÌNH PHAY CAO TỐC VẬT LIỆU CĨ ĐỘ CỨNG CAO 26 VI 2.1 Khái quát trình phay cao tốc vật liệu có độ cứng cao .26 2.1.1 Khái quát trình gia cơng phay cao tốc vật liệu có độ cứng cao .26 2.1.2 Quá trình tạo phoi phay cao tốc .28 2.2 Phương pháp phay yêu cầu dụng cụ cắt phay cao tốc vật liệu có độ cứng cao 32 2.2.1 Các phương pháp phay cao tốc vật liệu có độ cứng cao .32 2.2.2 Yêu cầu dụng cụ cắt phay cao tốc vật liệu có độ cứng cao .33 2.3 Đặc điểm ứng dụng phay cao tốc .34 2.3.1 Một số đặc điểm khác phay cao tốc so với phay thông thường 34 2.3.2 Ứng dụng phương pháp phay cao tốc .34 2.4 Thông số đặc trưng cho hiệu chất lượng trình phay cao tốc vật liệu có độ cứng cao 35 2.4.1 Độ nhám bề mặt gia cơng q trình phay cơng tốc 35 2.4.2 Nghiên cứu lực cắt lượng bóc tách vật liệu q trình phay cao tốc vật liệu có độ cứng cao 39 2.4.3 Nghiên cứu rung động q trình gia cơng 46 2.4.4 Nghiên cứu mòn dụng cụ cắt q trình gia cơng 49 2.5 Nghiên cứu gia cơng cao tốc vật liệu có độ cứng cao 55 2.5.1 Nghiên cứu tác giả nước 55 2.5.2 Nghiên cứu tác giả nước 57 CHƯƠNG THIẾT LẬP THỰC NGHIỆM THÉP SKD61 BỞI QUY TRÌNH PHAY CAO TỐC 60 3.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu thực nghiệm .60 3.2.1 Thiết lập hệ thống thực nghiệm 60 3.2.2 Thiết lập ma trận thực nghiệm chế độ cắt 64 3.2.3 Phương pháp xử lý liệu thực nghiệm 67 3.3 Kết phân tích liệu thực nghiệm 69 3.3.1 Kết phân tích ảnh hưởng số thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt phay cao tốc thép SKD61 nhiệt luyện 69 VII 3.3.3 Kết phân tích ảnh hưởng số thơng số công nghệ đến rung động phay cao tốc thép SKD61 nhiệt luyện .80 3.3.4 Kết phân tích ảnh hưởng số thơng số cơng nghệ đến mịn dụng cụ phay cao tốc thép SKD61 nhiệt luyện 85 CHƯƠNG TỐI ƯU HÓA ĐA MỤC TIÊU VÀ DỰ ĐỐN MỊN DỤNG CỤ KHI PHAY CAO TỐC THÉP SKD61 ĐÃ NHIỆT LUYỆN 92 4.1 Xác định mục tiêu gia công cao tốc .92 4.3 Xây dụng thuật toán FGRA-PSO cho tối ưu đa mục tiêu phay cao tốc .95 4.4 Xác định điều kiện ràng buộc phay cao tốc .98 4.5 Phương pháp giải toán tối ưu đa mục tiêu phay cao tốc thép cứng .100 4.6 Kết tối ưu đa mục tiêu 103 4.7 Phân tích tín hiệu sóng số Gini dự đốn mịn dụng cụ 110 4.7.1 Phân tích tín hiệu lực cắt, rung động âm .110 4.7.2 Lượng mòn dụng cụ theo tỉ lệ số Gini phân tích sóng thành phần tín hiệu .117 4.7.3 Mơ hình dự đốn lượng mịn dụng cụ độ xác dự đoán .121 KẾT LUẬN CHUNG 127 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 130 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO 132 PHỤ LỤC 138 PHỤ LỤC 140 VIII DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa Đơn vị TT Ký hiệu Ra Sai lệch Profin trung bình bề mặt µm Rz Chiều cao nhấp nhơ trung bình bề mặt µm PCBN Polycrystalline Carbon Boron Nitride CBN Carbon Boron Nitride PCD Polycrystalline Diamond HSM High Speed Machining Vc Tốc độ cắt T Tuổi bền dụng cụ theo thời gian Fc Lực cắt tổng hợp 10 Pc Cơng suất 11 Qc Năng lượng bóc tách vật liệu J 12 Fx Lực cắt theo phương x N 13 Fy Lực cắt theo phương y N 14 Fz Lực cắt theo phương z N 15 AFx Biên độ lực cắt theo phương x N 16 AFy Biên độ lực cắt theo phương y N 17 AFz Biên độ lực cắt theo phương z N 18 Ax Biên độ rung động theo phương x µm 19 Ay Biên độ rung động theo phương y µm 20 Az Biên độ rung động theo phương z µm 21 VB Mịn mặt sau dụng cụ cắt µm 22 CNC 23 QTGC Q trình gia cơng 24 DAQ Hệ thống thu thập liệu 25 DSS Hệ thống hỗ trợ định 26 S/N Tỷ số tín tạp 27 ANOVA 28 GRA Máy điều khiển số với hỗ trợ máy tính Phân tích phương sai Phân tích quan hệ xám m/phút phút N KW IX 29 FGRA Phân tích mối quan hệ mờ xám 30 MOP Tối ưu hóa đa mục tiêu 31 PSO Tối ưu hóa bầy đàn 32 FGRAPSO 33 GRG Mức quan hệ xám mờ 34 GCC Gia công cứng 35 FFT Biến đổi Fourier nhanh 36 GI 37 GCCT Phân tích mối quan hệ mờ xám - Tối ưu hóa bầy đàn Chỉ số Gini Gia cơng cao tốc X DANH MỤC CÁC HÌNH TT Hình Tên hình Trang Khả biến cứng thép Hình 1.1 Hình 1.2 Quá trình tiện vật liệu 12 Hình 1.3 Tính kinh tế kỹ thuật tiện cứng 12 Hình 1.4 13 Hình 1.5 So sánh tiện cứng mài So sánh lượng lượng bóc tách vật liệu tiện cứng mài Hình 1.6 So sánh chất lượng bề mặt tiện cứng mài 14 Tuổi bền dụng cụ khoan phụ thuộc vào thơng số chế độ cắt 14 Hình 1.7 Hình 1.8 Rút ngắn bước công nghệ khoan cứng 15 Hình 1.9 Các trình phay vật liệu cứng 15 10 Hình 1.10 Mịn mặt sau dụng cụ cắt phay vật liệu cứng 16 11 Hình 1.11 Độ bền uốn theo độ cứng vật liệu dụng cụ thép tốc độ cao 17 12 13 Hình 1.12 Hình 1.13 Dao phay sử dụng hợp kim cứng Một số loại mảnh cắt vật liệu gốm 18 20 14 Hình 1.14 Một số loại vật liệu tinh thể Carbon Boron Nitride 20 15 Hình 1.15 Các đặc trưng thơng số đầu vào q trình gia cơng 22 16 Hình 2.1 Nhiệt độ phay cao tốc theo dự đốn Salomon 26 17 Hình 2.2 Vùng tốc độ cắt cho dạng gia cơng 28 18 Hình 2.3 29 13 20 Hình 2.5 21 Hình 2.6 22 Hình 2.7 Các dạng phoi phay cao tốc Mơ hình lý thuyết kết thực nghiệm q trình hình thành phoi phay cao tốc Phoi sinh từ vận tốc cắt khác Hình thái phoi vùng gia công thông thường gia cơng cao tốc Mặt cắt q trình hình thành phoi gia cơng 23 Hình 2.8 Các phương pháp phay cao tốc vật liệu có độ cứng cao 32 24 Hình 2.9 Một số sản phẩm gia cơng cao tốc 35 25 Hình 2.10 Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết máy 36 26 Hình 2.11 Mơ hình lực cắt hình học trình cắt đơn giản 40 27 Hình 2.12 Mơ hình lực cắt hình học q trình cắt xiên 40 28 Hình 2.13 Mơ hình q trình phay mặt phẳng với góc xoắn khơng 42 19 Hình 2.4 29 30 31 31