tóm tắt: Nghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNC

Nghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNCNghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNC

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÙI THANH HIỀN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ MÀI HỢP LÝ CHI TIẾT TRỤ NGOÀI VUÔNG THÉP SKD11

BẰNG ĐÁ CBN TRÊN MÁY PHAY CNC

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨNgành: Kỹ thuật Cơ khí

Mã số: 9520103

HÀ NỘI - 2024

Viện Nghiên cứu Cơ khí - Bộ Công Thương

Người hướng dẫn khoa học: 1 Người hướng dẫn 1: GS.TS Vũ Ngọc Pi 2 Người hướng dẫn 2: TS Vũ Văn Khoa

Phản biện 1: PGS.TS Trương Hoành Sơn Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Hồng Sơn Phản biện 3: PGS.TS Hoàng Văn Gợt

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Viện

Họp tại: Viện Nghiên cứu Cơ khí - Bộ Công Thương Tòa nhà trụ sở chính: số 4 đường Phạm Văn Đồng, quận Cầu Giấy, TP Hà Nội

Vào hồi giờ , ngày tháng năm 2024

Có thể tìm hiểu luận án tại:

1 Thư viện Quốc gia Việt Nam 2 Thư viện Viện Nghiên cứu Cơ khí

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

1 Bui Thanh Danh, Tran Huu Danh, Vu Van Khoa, Pham Duc Lam, Nguyen

Hong Linh, Nguyen Van Tung, and Bui Thanh Hien*, Study on Multi-Criteria

Decision Making in CBN Grinding SKD11 Tool Steel, 2022, International Conference on Engineering Research and Applications (ICERA 2022), vol

602,Springer, Cham DOI:10.1007/978-3-031-22200-9_11 Scopus Q4

2 Huy Trieu Quy, Hien Bui Thanh, Danh Tran Huu, Lam Pham Duc, Linh

Nguyen Hong, Khoa Vu Van, Hung Le Xuan, Pi Vu Ngoc, 2022, Application of TOPSIS, MAIRCA and EAMRmethods for multi-criteria decision making in

cubic boron nitride grinding, Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(1), 117 DOI: 10.15587/1729-4061.2022.260093 Scopus Q3

3 Bui Thanh Danh, Vu Van Khoa, Nguyen Hong Linh, Hoang Xuan Tu, Nguyen

Van Tung, Bui Thanh Hien*, 2023, Multi-criteria decision making in CBN

grinding tool steel using TOPSIS method, Journal of Military Science and Technology, p94-99 (87), DOI: 10.54939/1859-1043.j.mst.87.2023.94-99 ISSN:

1859-1043

4 Tran Huu Danh, Vu Van Khoa, Dinh Van Thanh, Vi Le The Anh, and Bui

Thanh Hien*, 2023, Application of EDAS Method for Multi-Criteria Decision

Making in Grinding SKD11 Tool Steel with CBN Wheel, International Conference on Engineering Research and Applications (ICERA 2023),

(Accepted 12/2023) Scopus Q4

MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài luận án

Trên thực tế, các chi tiết có biên dạng định hình được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp khác nhau Việc gia công chính xác các biên dạng định hình này là rất phức tạp và thường khó khăn hơn nhiều so với gia công các bề mặt thông dụng như mặt trụ, mặt phẳng, … Vì lý do đó, các chi tiết có bề mặt định hình này luôn có giá thành cao Các bề mặt định hình thường được gia công bằng phương pháp mài và được thực hiện trên các máy mài chuyên dùng hoặc máy mài CNC hoặc phay trên các trung tâm CNC Phương pháp mài các bề mặt định hình bằng máy mài CNC hoặc máy mài chuyên dùng thường được sử dụng cho gia công tinh hoặc gia công lần cuối cho năng suất và chất lượng gia công cao mà đôi khi phay không thể đạt được do hạn chế bởi đường kính dao Trong thực tế sản xuất, bề mặt định hình được sử dụng phổ biến, trong đó bề mặt chày dập viên định hình được sử dụng khá rộng rãi để sản xuất thuốc viên định hình các loại Các chày cối của doanh nghiệp trong nước cho đến nay chủ yếu sản xuất bằng phương pháp nguội nên chất lượng và năng suất thấp Ở Miền Bắc có nhiều cơ sở sản xuất chày dập viên nén, nhưng không dùng máy mài CNC chuyên dùng để mài các bề mặt trụ ngoài định hình So sánh giữa máy phay CNC và máy mài chuyên dùng ta nhận thấy máy phay CNC có một số ưu điểm nổi bật như:

+ Máy phay CNC linh hoạt hơn, có khả năng thực hiện nhiều loại công việc khác nhau trên cùng một máy như phay mặt phẳng, phay bao hình, khoan,… Đặc biệt, máy phay CNC có chuyển động trục chính giống với máy mài, trong khi máy mài thường được thiết kế để thực hiện một công việc cụ thể

+ Việc lập trình và điều khiển máy phay CNC thuận tiện và thông dụng hơn so với máy mài chuyên dùng

+ Trong trường hợp sản xuất hàng loạt, máy phay CNC thường có chi phí sản xuất thấp hơn so với máy mài chuyên dùng, đặc biệt khi cần sản xuất các chi tiết có hình dạng và kích thước khác nhau

+ Máy phay CNC có thể gia công nhiều loại vật liệu, trong khi máy mài thường được sử dụng chủ yếu cho các công việc mài kim loại Việc khai thác máy phay CNC vào nguyên công mài chẳng những tiết kiệm được chi phí trang bị máy mài chuyên dùng mà còn tận dụng được những ưu điểm nổi bật của máy phay CNC như đã đề cập đến ở trên Nghiên cứu này ứng dụng khả năng công nghệ của máy phay CNC để mài bề mặt trụ ngoài vuông theo phương pháp mài công tua chạy theo biên dạng định hình của chi tiết

Gia công các bề mặt định hình chi phí thường cao nên các chi tiết có biên dạng định hình thường được chế tạo bằng vật liệu có cơ tính tốt như: SKD11, 90CrSi, SUS304,… Trong đó, thép dụng cụ SKD11 là loại thép cho độ cứng, độ bền mòn của chi tiết cao nên được sử dụng khá phổ biến để chế tạo các dụng cụ trong ngành cơ khí và đặc biệt hiệu quả khi dùng làm chày dập viên nén định hình Do vậy, nghiên cứu để nâng cao chất lượng, tăng năng suất và hạ giá thành khi gia công chúng là rất cần thiết Thép SKD11 được chọn là vật liệu gia công cho nghiên cứu này

CBN là một vật liệu nhân tạo có khả năng chống mài mòn cao, được sử dụng để gia công các vật liệu khó mài CBN có đặc tính cơ học và tính chịu nhiệt tốt Đá mài CBN

được biết đến với nhiều ưu điểm vượt trội như có khả năng cắt tới 200 m/s, độ bền nhiệt cao, có thể duy trì độ sắc của hạt mài trong một thời gian dài Những ưu điểm của đá mài CBN đã khiến nó được nghiên cứu và ứng dụng mạnh mẽ trong khoảng mười lăm năm trở lại đây Việc sử dụng đá mài CBN để mài các chi tiết trụ biên dạng định hình lồi bằng thép SKD11 là một hướng cần được nghiên cứu chuyên sâu để chẳng những có thể áp dụng trực tiếp kết quả nghiên cứu vào quá trình sản xuất mà cũng đóng góp những luận điểm mới vào hướng nghiên cứu về công nghệ mài hiện đại

Từ phân tích nêu trên, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng của quá trình mài chi

tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNC là luận án có ý nghĩa

thực tiễn và mang tính cấp thiết

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến quá trình sửa đá và quá trình mài, từ đó đề xuất được bộ thông số hợp lý khi sửa đá và khi mài chi tiết có bề mặt

trụ ngoài định hình thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNC

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Mài trên máy phay CNC với đối tượng thực nghiệm là phôi thép SKD11 có bề mặt trụ ngoài định hình sử dụng đá mài CBN B91 KSSRY A V240 của hãng Norton (Đức)

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu công nghệ mài trên máy phay CNC với vật liệu thép SKD11 qua tôi sử dụng đá mài CBN Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến quá trình sửa đá và mài để từ đó xác định bộ thông số sửa đá và mài hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả quá trình mài đạt nhám bề mặt và năng suất gia công là tốt nhất

Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: Phương pháp tiếp cận là khảo sát các kết quả nghiên cứu đã công bố, kế thừa và phát triển từ kết quả nghiên cứu đã có Phân tích các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, từ đó xác định hướng nghiên cứu, đối tượng, mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận án Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về mài chi tiết có bề mặt trụ ngoài định hình Phân tích và lựa chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm

- Nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến quá trình sửa đá và mài Thực nghiệm xác định chế độ sửa đá và chế độ mài hợp lý

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học của luận án: Kết quả của luận án đóng góp quan trọng trong việc nâng cao hiểu biết về phương pháp mài bề mặt trụ ngoài định hình trên máy phay CNC và xác định chế độ sửa đá và chế độ mài hợp lý, đặc biệt là đối với mài các chi tiết bề mặt trụ ngoài định hình sử dụng đá mài CBN Luận án đã xác định được giá trị hợp lý của các thông số sửa đá, xác định được bộ giá trị hợp lý của các thông số mài (chiều sâu cắt, tốc độ quay trục chính, bước tiến đá, và đường kính đá mài) để đảm bảo nhám bề mặt có giá trị nhỏ, đảm bảo năng suất gia công có giá trị lớn và đảm bảo đồng thời hai chỉ tiêu này Điều này đã cung cấp thông tin quý báu để tối ưu hóa quá trình mài sử dụng đá mài CBN

Kết quả nghiên cứu đã đóng góp vào việc phát triển và tối ưu hóa phương pháp gia công mài nói chung và mài sử dụng đá mài CBN nói riêng Các thông tin từ nghiên cứu này có thể hỗ trợ các nghiên cứu, làm tài liệu tham khảo và cũng giúp mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc gia công mài sử dụng đá mài CBN để mài các chi tiết có bề mặt trụ ngoài định hình

- Ý nghĩa thực tiễn của luận án: + Kết quả của luận án có thể tham khảo áp dụng để gia công mài các chi tiết có biên dạng trụ ngoài định hình như chày dập viên nén định hình, chày dập thép tấm định hình, bằng đá mài CBN trên máy phay CNC Đây là giải pháp hữu hiệu để tăng năng suất và chất lượng khi gia công tinh hoặc gia công lần cuối các chi tiết trụ ngoài định hình như chày dập viên nén, chày đột dập

+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm được trình bày trong luận án có thể dùng để tham khảo cho các nghiên cứu khoa học và đào tạo kỹ thuật trong lĩnh vực gia công cơ khí nói chung và những ai quan tâm đến công nghệ mài bằng đá mài CBN nói riêng

- Luận án sử dụng phương pháp ra quyết định đa tiêu chí với ba phương pháp MCDM là TOPSIS, MAIRCA, EARM kết hợp với hai phương pháp tính trọng số MEREC và Entropy vào lĩnh vực công nghệ mài xác định được bộ thông số mài hợp lý để đạt đồng thời nhám nhỏ nhất và năng suất gia công là lớn nhất Đây là một ứng dụng mới trong lĩnh vực gia công chính xác và có thể được áp dụng cho các nghiên cứu tương tự trong lĩnh vực này

- Luận án đóng góp đáng kể cho việc phát triển, mở rộng công nghệ mài, bổ sung kiến thức chuyên ngành về mài trên máy phay CNC bằng đá CBN và đặc biệt là phương pháp sử dụng đá mài CBN để mài bề mặt trụ ngoài vuông trên máy phay CNC

- Luận án cung cấp tài liệu hướng dẫn cụ thể và cơ sở khoa học cho việc tối ưu hóa quá trình gia công bằng phương pháp mài nói chung và mài sử dụng đá mài CBN nói riêng, giúp cải thiện năng suất, chất lượng của sản phẩm cuối cùng và tiết kiệm chi phí trong quá trình sản xuất

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÀI VÀ MÀI BỀ MẶT TRỤ NGOÀI ĐỊNH HÌNH 1.1 Thép SKD11 và đá mài CBN

Thép SKD11 (JIS G4404) là thép công cụ cacbon theo tiêu chuẩn Nhật Bản, gồm: 1,4%÷1,6% C, ≤ 0,4% Si, ≤ 0,6% Mn, 11÷13% Cr, 0,2÷0,5% V, < 0,5% Ni

Đá mài CBN là loại đá mài mà vật liệu hạt mài là CBN, có độ cứng rất cao và tốc độ mòn chậm nên gia công bằng đá mài CBN có khả năng đạt độ chính xác rất cao Loại đá này đòi hỏi phải sửa đá rất ít

1.2 Máy mài CNC và máy phay CNC

Các bề mặt trụ định hình lồi thường được gia công bằng phương pháp mài và thường được thực hiện trên các máy mài chuyên dùng hoặc máy mài CNC cho năng suất và chất lượng gia công cao Tuy nhiên, các loại máy này chỉ phù hợp khi sản xuất loạt lớn, hàng khối và sẽ cần đầu tư chi phí ban đầu khá lớn Vì vậy, trên thực tế rất cần các nghiên cứu mở rộng hệ thống công nghệ để mài các chi tiết có biên dạng định hình

Hiện nay có rất nhiều loại máy phay CNC được sử dụng phổ biến Trong đó, máy phay đứng CNC có ưu điểm: thời gian gia công ngắn, tốc độ cắt nhanh, độ chính xác cao và giảm được thời gian gá đặt, có thể gia công trên bề mặt phẳng các khe, rãnh,… với đa dạng các loại vật liệu như kim loại, nhôm, sắt, thép,…

1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Mài bằng đá CBN được rất nhiều nhà khoa học quan tâm Một nghiên cứu mài chính xác bằng đá CBN được tác giả X Chen thực hiện khi mài tròn trong Kết quả cho thấy độ cứng của hạt CBN có khả năng làm tăng tuổi thọ khi mài của đá mài và cải thiện độ ổn định kích thước của chi tiết gia công Nghiên cứu này cũng chỉ ra lợi ích của đá mài CBN có cấu trúc hạt nhỏ phù hợp để mài chính xác

Tác giả R P Upadhyaya và J H Fiecoat đã tiến hành một nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các loại hạt CBN đơn tinh thể đến khả năng cắt của đá mài CBN khi mài phẳng

R L Rodriguez và các cộng sự đã sử dụng đá mài CBN để mài thép cứng AISI 4340 dùng phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu với ba tia làm sạch đá mài bằng dung dịch trơn nguội (MQL+WCJ) và so sánh với phương pháp bôi trơn làm nguội thông thường (MQL)

Nghiên cứu mài chính xác trục vít sử dụng đá mài CBN với mục đích gia công trục vít có độ chính xác cao đã được nhóm tác giả của J Wei thực hiện Y Wang và các cộng sự đã sử dụng đá mài CBN để mài bánh răng trên máy mài năm trục Ming, W.W và các cộng sự đã nghiên cứu quá trình hình thành lớp biến trắng trên bề mặt chi tiết gia công khi mài vật liệu thép SKD11 nhằm nâng cao chất lượng và tuổi thọ của sản phẩm

Một nghiên cứu về ảnh hưởng của các loại hạt mài, nồng độ, kích thước, chất dính kết và độ xốp của đá mài CBN liên kết thủy tinh đến lực mài và nhám bề mặt khi mài thép cứng SKD11 và SKH9 được hai tác giả S Luo và S H Wu nghiên cứu Năm 2003, E.J da Silva và các công sự đã tiến hành thí nghiệm mài cao tốc sử dụng đá mài CBN

Năm 2006, R.D Monici và các cộng sự đã tiến hành thí nghiệm với hai loại đá mài (Al2O3 và CBN), hai loại đầu phun và hai loại dung dịch trơn nguội Kết quả là nhám bề mặt khi mài bằng đá mài Al2O3 cao hơn so với khi mài bằng đá mài CBN; dầu nguyên chất có khả năng bôi trơn tốt hơn so với nhũ tương tổng hợp nên cho nhám bề mặt nhỏ hơn; khi mài bằng đá mài CBN với hai loại dung dịch trơn nguội thì nhận được nhám bề mặt gần như nhau

Yamaguchi, K và các cộng sự đã nghiên cứu thí nghiệm mài trên máy phay mặt phẳng NC (040-743) chính xác sử dụng đá mài DLC với phôi lần lượt là tấm silicon, kính quang học, thạch anh, đá granit và thép

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Mài bằng đá mài CBN cũng được các nhà khoa học trong nước rất quan tâm Tác giả Nguyễn Hồng Sơn đã nghiên cứu nhám bề mặt của phôi ba loại thép gồm 3X13, SKD11 và SUJ2 khi mài bề mặt bằng đá mài CBN trên máy mài Kết quả dùng đá mài CBN để mài thép SKD11 cho nhám bề mặt nhỏ hơn so với mài hai thép còn lại Đây cũng là một thông tin khả quan để phát triển hướng nghiên cứu sử dụng đá mài CBN để mài thép SKD11 nhằm đạt chất lượng bề mặt tốt

Nhóm nghiên cứu của Trần Thị Hồng đã nghiên cứu ảnh hưởng của thông số mài đến năng suất khi mài thép SKD11 trên máy mài Kết quả đề xuất được bộ thông số mài hợp lý nhằm đạt năng suất gia công là lớn nhất

Một nghiên cứu nhằm nâng cao năng suất khi mài thép SKD11 bằng đá CBN được tác giả Đỗ Đức Trung và các cộng sự thực hiện Giá trị tối ưu của các thông số cắt được sử dụng để gia công phôi SKD11 với chi phí thấp nhất là vận tốc phôi bằng 7,6 m/phút, tốc độ tiến đá bằng 3 m/hành trình và chiều sâu cắt là 0,017 mm Các thông số mài tối ưu có thể được sử dụng để gia công thép SKD11 đạt năng suất lớn nhất trong khi để đảm bảo nhám bề mặt nhỏ thì vận tốc phôi 13 m/phút, tốc độ tiến đá bằng 3 mm/hành trình và chiều sâu cắt bằng 0,017 mm

Trong nghiên cứu của nhóm tác giả Trần Hữu Danh, ảnh hưởng của các thông số mài đến nhám bề mặt và tuổi bền đá mài khi mài tròn trong thép dụng cụ SKD11 được đề xuất Từ đó đề xuất được bộ thông số mài hợp lý nhằm đạt đồng thời nhám nhỏ nhất và tuổi bền đá mài là lớn nhất

Tối ưu thông số cắt nhằm đạt thời gian mài nhỏ nhất được tác giả Vũ Ngọc Pi và các cộng sự nghiên cứu khi mài thép 90CrSi trên máy phay CNC sử dụng đá mài CBN Nghiên cứu cũng đề xuất được thông số mài hợp lý nhằm đạt đơn mục tiêu là thời gian mài nhỏ nhất

Nghiên cứu của nhóm tác giả Trần Quốc Hùng về tối ưu hóa chế độ cắt khi mài tròn ngoài thép SKD11 theo chỉ tiêu nhám bề mặt sử dụng đá mài Hải Dương đã khảo sát được ảnh hưởng của các thông số cắt vct, t, Sd đến nhám bề mặt Ra và xác định được giá trị tối ưu của các thông số chế độ cắt vct, t, Sd

Tác giả Vũ Mạnh Huy đã nghiên cứu chế độ sửa đá tối ưu khi mài lỗ thép SKD11 qua tôi trên máy mài tròn Nhật Bản Nghiên cứu này đã tìm hiểu được ưu điểm của thép SKD11 và đề xuất được chế độ sửa đá hợp lý nhằm đạt đơn mục tiêu nhám bề mặt, năng suất gia công và đa mục tiêu

Nghiên cứu khả năng cắt của đá mài CBN và đá mài Al2O3 khi mài định hình thép 9XC nhiệt luyện trên máy phay CNC YDC-96 được tác giả Phạm Hồng Hải thực hiện Kết quả khi mài tinh sử dụng đá CBN không mất nhiều lần sửa đá cho một loạt sản phẩm, do vậy làm giảm thời gian gia công và giá thành sản phẩm, sản phẩm có độ chính xác cao, chất lượng bề mặt chi tiết gia công tốt, tăng năng suất

Kết luận chương 1

Việc nghiên cứu tối ưu hóa quá trình mài là một hướng quan trọng thu hút nhiều nhà khoa học ở trong và ngoài nước, các nghiên cứu đã được thực hiện đối với các kiểu mài khác nhau như mài ngoài, mài trong, mài phẳng, mài định hình…

Thép dụng cụ SKD11 là loại thép có độ cứng, độ bền mòn cao Vì thế cho nên loại thép này được sử dụng khá phổ biến để chế tạo các dụng cụ trong ngành cơ khí Đặc biệt, do các loại chày dập định hình có giá thành cao nên việc sử dụng thép SKD11 là đặc biệt hiệu quả

Đá mài CBN là loại đá mài có độ cứng cao, chịu mài mòn cực tốt, dẫn nhiệt tốt và có khả năng duy trì cạnh sắc rất tốt Các nghiên cứu trên đã chỉ ra tính ưu việt khi sử dụng đá mài CBN đồng thời cho thấy đá mài CBN rất phù hợp để mài vật liệu có độ cứng cao Từ các phân tích trên cho thấy, trên thực tế đã có một số nghiên cứu về gia công bề mặt trụ biên dạng định hình cũng như đã có nghiên cứu về mài bề mặt này trên máy phay CNC Tuy nhiên, cho đến nay chưa có nghiên cứu nào về mài bề mặt trụ ngoài định hình thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNC Do vậy, nghiên cứu này chọn mài CBN thép SKD11 trên máy phay CNC khi mài chi tiết trụ ngoài vuông nhằm nâng cao chất lượng, tăng năng suất và hạ giá thành trong gia công cơ khí

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đặc trưng của quá trình mài

Quá trình tạo phoi khi mài trải qua ba giai đoạn: Đầu đỉnh hạt mài va đập vào bề mặt gia công; Nén vật liệu gia công; Quá trình tách phoi

Lực cắt tác dụng lên một hạt mài 𝐹𝑖 có thể phân thành hai thành phần: 𝐹𝑖𝑧theo phương tiếp tuyến và 𝐹𝑖𝑦 theo phương pháp tuyến với bề mặt gia công

Lưỡi cắt trong quá trình mài: mặt cắt đá theo chiều vuông góc với trục mang đá

mài thể hiện hai loại lưỡi cắt, đó là lưỡi cắt động và lưỡi cắt tĩnh

Chiều dài cung tiếp xúc khi mài là chiều dài tiếp xúc tĩnh của đá mài và phôi Chiều dày cắt khi mài phụ thuộc vào tất cả thông số của mài, quyết định tải trọng tác dụng trên hạt mài, tuổi bền và độ mòn đá

Năng suất gia công được tính bằng khối lượng kim loại bị bóc đi trên một đơn vị thời gian

2.2 Một số chỉ tiêu của quá trình mài

Một số chỉ tiêu của quá trình mài: mòn đá mài, tuổi bền của đá mài, nhám bề mặt khi mài, năng suất gia công, thời gian gia công, …

2.3 Nâng cao hiệu quả quá trình mài

Trong gia công, có nhiều yếu tố đầu vào ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình gia công Nghiên cứu này tập trung vào xác định chế độ cắt hợp lý để nâng cao hiệu quả của quá trình mài nhằm đạt nhám nhỏ nhất và năng suất gia công là lớn nhất

2.4 Đặc điểm của chế độ mài bằng đá CBN trên máy phay CNC

Nguyên lý hoạt động của máy phay CNC khá thuận lợi cho gia công chi tiết trụ ngoài định hình với việc gá đặt đá mài trên trục chính máy phay, gá phôi trên bàn máy Khi gia công, đá mài quay quanh trục của nó và bàn máy chuyển động theo công tua biên dạng trụ ngoài định hình của chi tiết theo lập trình tự động của máy

Khi mài theo công tua biên dạng của chi tiết, đá mài CBN được lắp trên trục chính máy phay, tốc độ mài khuyến cáo của đá phù hợp với tốc độ quay của trục chính máy phay CNC (tốc độ nhỏ hơn trên trục chính máy mài thông thường lắp chi tiết gia công) Do đó đảm bảo được an toàn trong khi vận hành mà vẫn thỏa mãn tốc độ cắt của đá do khi mài công tua sửa dụng đá CBN có đường kính nhỏ

2.5 Các phương pháp nghiên cứu

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi được sử dụng để thiết lập các ma trận thí nghiệm cho thí nghiệm sửa đá và thí nghiệm mài, đồng thời xác định được bộ thông số sửa đá và bộ thông số mài hợp lý cho hàm đơn mục tiêu

Phương pháp phân tích phương sai ANOVA được dùng để đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ sửa đá đến nhám bề mặt và ảnh hưởng của các thông số mài đến hàm đơn mục tiêu

Ba phương pháp MCDM: TOPSIS, MAIRCA và EAMR được dùng để ra quyết định đa tiêu chí khi lựa chọn được bộ thông số mài hợp lý nhằm đạt đồng thời nhám nhỏ nhất và năng suất gia công là lớn nhất

Hai phương pháp trọng số Entropy và MEREC để tính trọng số của các tiêu chí

Kết luận chương 2

1 Tìm hiểu đặc trưng của quá trình mài bao gồm: quá trình tạo phoi, lực cắt, lưỡi cắt, chiều dài cung tiếp xúc, chiều dày lớp cắt, đương kính tương đương của đá mài, năng suất gia công, …

2 Xác định được phương pháp mài đá CBN trên máy phay CNC 3 Chọn được phương pháp nghiên cứu để đánh giá ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến quá trình sửa đá và quá trình mài, sau đó chọn được bộ thông số sửa đá và bộ thông số mài hợp lý theo yêu cầu Cụ thể:

- Sử dụng phương pháp Taguchi kết hợp với phân tích phương sai ANOVA để thiết kế thí nghiệm và đánh giá kết quả ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến quá trình sửa đá và quá trình mài

- Sử dụng phương pháp MCDM: TOPSIS, MAIRCA và EAMR kết hợp với hai phương pháp tính trọng số Entropy và MEREC để xác định được bộ thông số mài hợp lý với mục tiêu đạt đồng thời nhám nhỏ nhất và năng suất gia công là lớn nhất

Chương 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ HỢP LÝ

3.1 Xây dựng hệ thống thí nghiệm 3.1.1 Mục đích thí nghiệm

Xác định được ảnh hưởng của các thông số công nghệ sửa đá đến nhám bề mặt và xác định chế độ sửa đá hợp lý nhằm đạt nhám bề mặt gia công nhỏ nhất Xác định được ảnh hưởng và đề xuất được bộ thông số đầu vào hợp lý cho quá trình mài nhằm đạt đơn mục tiêu và đa mục tiêu nhám bề mặt nhỏ nhất và năng suất gia công lớn nhất

3.1.2 Thiết bị thí nghiệm

a) Máy gia công: Máy phay CNC (Model M-V50C của hãng MITSUBISHI Nhật Bản) b) Đá mài: Đá mài CBN hãng Norton (Winter - Đức) với ba cỡ đường kính là 100; 125 và 150 mm

c) Máy sửa đá: Máy sửa đá CBN loại V-TDM-2 của hãng VERTEX - Đài Loan d) Phôi gia công: Phôi SKD11, bề mặt trụ ngoài định hình cần mài 15 x 15 mm, chiều dài mài 5 mm

e) Dung dịch trơn nguội: dung dịch trơn nguội được sử dụng là Caltex Aquatex 3180 f) Máy đo độ nhám SURFTEST SJ-210/SJ- 310D (Mitutoyo – Nhật Bản)

g) Cân điện tử (electronic balance) WT3003NE h) Kính hiển vi quang học độ phân giải cao VHX-7000 (Keyence - Nhật Bản)

Ø25

Bánh sửa đá

Đá màiCBN

chính máy phay

aedFe

Rpmnsd

Ðá mài chính máy phay

aedRpm

PhôiVòi phun

Bàn máy gá

Vòi phun

Hình 3.2 Sơ đồ sửa đá mài và quá trình sửa đá mài trên máy phay CNC

Hình 3.3 Sơ đồ mài và quá trình mài trên máy phay CNC

Hình 3.1 Mẫu thí nghiệm

3.2 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến quá trình sửa đá3.2.1 Lựa chọn thông số và điều kiện thí nghiệm

Mỗi lần sửa đá xong sẽ mài 3 chi tiết khác nhau với cùng một chế độ mài Chế độ mài của thí nghiệm này như sau: tốc độ quay của đá 4500 vòng/phút; chiều sâu mài 0.025 mm và lượng chạy dao 2500 mm/ph

Bảng 3.1 Các thông số đầu vào thí nghiệm sửa đá

Các mức thí nghiệm Mức thấp (1) Mức trung bình (2) Mức cao (3)

vòng/phút

Fe

mm/phút

Ra1 Ra2 Ra3 R̅̅̅̅a S/N 1 0.01 500 200 0.187 0.182 0.196 0.188 14.5 2 0.01 1000 400 0.224 0.236 0.245 0.235 12.57 3 0.01 1500 600 0.327 0.331 0.315 0.324 9.778 4 0.02 500 400 0.195 0.186 0.224 0.202 13.88 5 0.02 1000 600 0.187 0.193 0.227 0.202 13.85 6 0.02 1500 200 0.172 0.215 0.207 0.198 14.03 7 0.03 500 600 0.375 0.353 0.344 0.357 8.933 8 0.03 1000 200 0.198 0.239 0.24 0.226 12.9 9 0.03 1500 400 0.285 0.278 0.286 0.283 10.96

Hình 3.4 Mài công tua bề mặt trụ vuông

3.2.2 Mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ sửa đá đến nhám bề mặt

Bảng 3.3 Kết quả phân tích ANOVA giá trị 𝑅̅̅̅̅ 𝑎

aed 2 0.011658 0.011658 0.005829 4.95 0.168 24.44 Rpm 2 0.003415 0.003415 0.001707 1.45 0.408 29.84 Fe 2 0.012509 0.012509 0.006255 5.31 0.158 38.35

Bảng 3.5.Kết quả phân tích ANOVA tỉ số S/N của 𝑅𝑎̅̅̅̅ khi mài

Thông số DF Seq SS Adj SS Adj MS F P aed 2 13.417 13.417 6.709 5.29 0.159 Rpm 2 3.461 3.461 1.731 1.36 0.423 Fe 2 13.144 13.144 6.572 5.18 0.162 Lỗi 2 2.539 2.539 1.269