Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ và bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng hợp kim ti 6al 4v

Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ và bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng hợp kim ti 6al 4v Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ và bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng hợp kim ti 6al 4v Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ và bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng hợp kim ti 6al 4v Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ và bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng hợp kim ti 6al 4v Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ và bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng hợp kim ti 6al 4v Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ và bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng hợp kim ti 6al 4v

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NGUYỄN VĂN CẢNH NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ BÔI TRƠN TỐI THIỂU KHI PHAY MẶT PHẲNG HỢP KIM TI-6AL-4V LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – Năm 2024 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NGUYỄN VĂN CẢNH NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ BÔI TRƠN TỐI THIỂU KHI PHAY MẶT PHẲNG HỢP KIM TI-6AL-4V Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí Mã số : 9.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : 1 PGS.TS HOÀNG TIẾN DŨNG 2 GS.TS PHẠM VĂN HÙNG Hà Nội – Năm 2024 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Hoàng Tiến Dũng và GS.TS Phạm Văn Hùng Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất cứ công trình nghiên cứu nào khác Hà Nội, ngày 11 tháng 03 năm 2024 Tác giả luận án Nguyễn Văn Cảnh ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và lòng trân trọng nhất tới tập thể hướng dẫn khoa học của tôi, PGS.TS Hoàng Tiến Dũng và GS.TS Phạm Văn Hùng, những người thầy không chỉ là nguồn cảm hứng mà còn là kim chỉ nam cho bước đường nghiên cứu của tôi Sự hướng dẫn tận tâm, kiên nhẫn và hỗ trợ không ngừng nghỉ của các Thầy trong suốt quá trình thực hiện luận án này là điều không thể diễn tả hết bằng lời Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về mặt điều kiện làm việc và trang thiết bị nghiên cứu, giúp tôi có thể tập trung vào luận án một cách tốt nhất Sự ủng hộ và hỗ trợ này thật sự là nguồn động viên lớn lao đối với tôi trong suốt quá trình nghiên cứu Bên cạnh đó, tôi không thể không nhắc đến sự giúp đỡ của các Thầy, Cô, đồng nghiệp tại Trường Cơ khí, Ô tô, Trung tâm Cơ khí và Trung tâm Việt Nhật đã đóng góp ý kiến chuyên môn, hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ về tài chính, thời gian và tạo điều kiện giúp đỡ của Ban giám hiệu, phòng Tổ chức-hành chính, Trường Đại học công nghiệp Hà Nội Tôi cũng muốn bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới bố mẹ của tôi, những người đã luôn bên cạnh, động viên và hỗ trợ tôi không chỉ trong quá trình này mà còn trong cuộc sống Sự hy sinh và tình yêu thương của bố mẹ là nguồn động lực vô giá giúp tôi vượt qua mọi khó khăn Cuối cùng, lời cảm ơn sâu sắc nhất của tôi dành tới người vợ thương yêu của tôi, người bạn đồng hành, người luôn ủng hộ, chia sẻ mọi điều trong cuộc sống và công việc trong gần 20 năm qua Sự ủng hộ, chia sẻ và sư yêu thương từ vợ và các con là nguồn động viên lớn lao giúp tôi luôn tiến về phía trước Hà Nội, ngày 13 tháng 03 năm 2024 Tác giả luận án Nguyễn Văn Cảnh iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT xii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU xv MỞ ĐẦU xvi 1 Lý do lựa chọn đề tài xvi 2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án xviii 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu xviii 4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài xix 5 Phương pháp nghiên cứu xx 6 Nội dung nghiên cứu xx 7 Những đóng góp mới của đề tài xxi CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG PHAY HỢP KIM TI-6AL-4V TRONG ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN TỐI THIỂU 1 1.1 HỢP KIM TITAN TI-6AL-4V 1 1.1.1 Titan 1 1.1.2 Hợp kim titan 1 1.2 ỨNG DỤNG CỦA HỢP KIM TI-6AL-4V 4 1.3 GIA CÔNG HỢP KIM TI-6AL-4V 9 1.3.1 Khả năng gia công của hợp kim Ti-6Al-4V 10 1.3.2 Bôi trơn – làm mát khi gia công cắt gọt hợp kim Ti-6Al-4V 14 iv 1.4 BÔI TRƠN TỐI THIỂU VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT 16 1.4.1 Tổng quan về công nghệ bôi trơn tối thiểu MQL 17 1.4.2 Phân loại hệ thống MQL và ứng dụng 21 1.4.3 Dầu bôi trơn sử dụng trong MQL 22 1.5 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 23 1.5.1 Tổng quan nghiên cứu ngoài nước 23 1.5.2 Tổng quan nghiên cứu trong nước 27 1.6 KẾT LUẬN 29 CHƯƠNG 2 CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH PHAY MẶT PHẲNG HỢP KIM TI-6AL-4V 30 2.1 KHÁI QUÁT VỀ QUÁ TRÌNH PHAY 30 2.2 ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHAY MẶT PHẲNG 31 2.2.1 Lực cắt trong quá trình phay mặt phẳng hợp kim Ti-6Al-4V 31 2.2.2 Rung động trong quá trình phay hợp kim Ti-6Al-4V 36 2.3 NHIỆT CẮT KHI PHAY TRONG ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN TỐI THIỂU 38 2.3.1 Sự sinh nhiệt trong quá trình phay 38 2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt 39 2.4 MÒN DỤNG CỤ CẮT KHI GIA CÔNG 41 2.4.1 Cơ chế mài mòn dụng cụ cắt 42 2.4.2 Các dạng mòn dụng cụ cắt 43 v 2.5 ĐẶC TRƯNG/TÍNH CHẤT BỀ MẶT SAU KHI PHAY 45 2.5.1 Độ nhám bề mặt sau khi phay 47 2.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám 48 2.6 GIA CÔNG PHAY HỢP KIM TI-6AL-4V TRONG ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN TỐI THIỂU 49 2.6.1 Đặc điểm của quá trình gia công phay hợp kim Ti-6Al-4V 50 2.6.2 Ứng dụng bôi trơn tối thiểu khi gia công hợp kim Ti-6Al-4V 53 2.6.3 Đặc điểm dụng cụ cắt khi gia công hợp kim Ti-6Al-4V 54 2.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 55 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT 57 3.1 MỤC TIÊU VÀ YÊU CẦU 57 3.1.1 Mục tiêu 57 3.1.2 Yêu cầu 57 3.2 HỆ THỐNG THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM 57 3.2.1 Đối tượng thực nghiệm 57 3.2.2 Thiết bị thực nghiệm 58 3.3 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC MÔI TRƯỜNG BÔI TRƠN KHÁC NHAU TỚI ĐỘ NHÁM, LỰC CẮT MÒN DỤNG CỤ CẮT 63 3.3.1 Ma trận thực nghiệm 63 3.3.2 Tiến hành thí nghiệm 64 3.3.3 Kết quả và bình luận 65 vi 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 72 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM, TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ BÔI TRƠN TỐI THIỂU KHI PHAY MẶT PHẲNG HỢP KIM TI- 6AL-4V 74 4.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 74 4.1.1 Mục tiêu 74 4.1.2 Nội dung nghiên cứu 74 4.2 XÂY DỰNG MA TRẬN VÀ TỔ CHỨC THỰC NGHIỆM 76 4.2.1 Xác định các thông số thực nghiệm 76 4.2.2 Xây dựng ma trận thực nghiệm 77 4.2.3 Tổ chức thực nghiệm 79 4.3 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ ĐẦU VÀO TỚI CÁC CHỈ TIÊU ĐẦU RA 82 4.3.1 Ảnh hưởng của thông số đầu vào tới Ra 82 4.3.2 Ảnh hưởng của thông số đầu vào đến lực cắt Fc 85 4.3.3 Ảnh hưởng của thông số đầu vào đến tốc độ loại bỏ vật liệu MRR 88 4.4 PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA 88 4.4.1 Xây dựng mô hình hồi quy với vec tơ hỗ trợ SVR 88 4.4.2 Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu 91 4.5 TỐI ƯU HÓA QUÁ MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ BÔI TRƠN TỐI THIỂU KHI PHAY MẶT PHẲNG HỢP KIM TI-6AL-4V 99 4.5.1 Xác định hàm mục tiêu 99 vii 4.5.2 Tối ưu hóa đa mục tiêu quá trình phay hợp kim Ti-6Al-4V 100 4.6 Kết luận chương 4 109 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 111 KẾT LUẬN 111 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 112 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 PHỤC LỤC 125 Phụ lục 1: Kết quả đo mòn dụng cụ cắt 125 PHỤC LỤC 2: Code tối ưu hóa đa mục tiêu sử dụng kết hợp SVR-NSGA 2 - TOPSIS 1 phụ lục 3: kết quả đo lực cắt 6 phụ lục 4: kết quả đo độ nhám 1 PHỤ LỤC 5: mỘT SỐ HÌNH ẢNH QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM 1 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1- 1 Nguyên tố titan 1 Hình 1- 2 Phân loại hợp kim titan [14] 3 Hình 1- 3 Ứng dụng vật liệu hợp kim Ti-6Al-4V trong một số lĩnh vực[98] 4 Hình 1- 4 Ứng dụng trong lĩnh vực y tế của hợp kim Ti-6Al-4V [16] 5 Hình 1- 5 Implant nha khoa sử dụng vật liệu hợp kim Titan [17] .5 Hình 1- 6 Khớp và xương sườn, xương ngực được chế tạo từ hợp kim titan 5 Hình 1- 7 Tàu biển được chế tạo từ hợp kim titan .6 Hình 1- 8 Một số linh kiện ô tô được chế tạo từ hợp kim titan 6 Hình 1- 9 Tỉ trọng vật liệu hợp kim titan trong máy bay Boing 787 [23] 7 Hình 1- 10 Vật liệu titan trong chế tạo một số bộ phận chính của động cơ máy bay 8 Hình 1- 11 Chi tiết máy bay được gia công bằng hợp kim titan 8 Hình 1- 12 Một số bộ phận khung máy bay được chế tạo từ hợp kim titan 9 Hình 1- 13 Phay mặt ứng dụng trong chế tạo một số chi tiết, bộ phận của máy bay sử dụng dụng cụ cắt của hãng Sandvik [27] 10 Hình 1- 14 Phân bố nhiệt khi gia công hợp kim tian [32] 12 Hình 1- 15 Sự phân bố tải nhiệt khi gia công hợp kim titan và một số kim loại [26]14 Hình 1- 16 Định mức chi phí trong quá trình gia công cắt gọt [43] 15 Hình 1- 17 Ý tưởng về “dầu trên nước” trong bôi trơn tối thiểu [119] 17 Hình 1- 18 Vòi phun trong hệ thống bôi trơn tối thiểu [49] 18 Hình 1- 19 Cơ chế làm mát và bôi trơn trong MQL 18 Hình 1- 20 Các bộ phận của một hệ thống MQL [44] 19 Hình 1- 21 Phương pháp MQL bên ngoài (a) và bôi trơn bên trong (b) 21 Hình 1- 22 Màng dầu bôi trơn hình thành trên bề mặt phôi [120] 22 Hình 1- 23 Mô hình khảo sát tuổi bền dụng cụ khi gia công Ti-6Al-4V trong điều kiện bôi trơn tối thiểu [95] 24