nghiên cứu các thông số công nghệ để nâng cao chất lượng và độ chính xác gia công của sản phẩm khi mài thép làm khuôn skd61

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG CỦA SẢN PHẨM KHI MÀI THÉP LÀM KHUÔN SKD61 Học Viên: Hoàng Văn Quyết Lớp: CHK10 CTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy Người HD Khoa học: TS. Nguyễn Văn Hùng NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN TS. Nguyễn Văn Hùng Hoàng Văn Quyết KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC BGH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Việc nghiên cứu lĩnh vực công nghệ thay thế hàng nhập ngoại sẽ góp phần làm tăng lực cạnh tranh của các nhà sản xuất trong nước. Dựa trên những yêu cầu thực tiễn về lĩnh vực khuôn mẫu, luận văn đã chọn hướng nghiên cứu chế tạo các loại khuôn mẫu hiện đang phải nhập ngoại nhằm tăng hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của sản phẩm. Mặc dù, đã có cố gắng nhiều trong việc nghiên cứu tính toán và tiến hành thực nghiệm nhưng luận văn còn nhiều thiếu sót và còn nhiều điểm mới cần được đề xuất và trao đổi, thảo luận thêm. Tác giả rất mong và trân trọng mọi sự đóng góp, phê bình của các thầy giáo và đồng nghiệp đối với luận văn. Em xin trân trọng cảm ơn Khoa Đào tạo Sau đại học, Ban Giám hiệu Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã hết sức tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình họa tập và hoàn thành luận văn. Xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo trong Hội đồng bảo vệ Đề cương luận văn đã góp ý, chỉnh sửa và phê duyệt đề cương để luận văn của em được hoàn thành với nội dung tốt nhất. Đặc biệt, em xin trân trọng cảm ơn thầy TS. Nguyễn Văn Hùng đã tận tình hướng dẫn và giúp em hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, các cộng tác viên đã giúp đỡ và đề xuất những giải pháp tốt nhất trong quá trình viết luận văn và thí nghiệm. Xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, cổ vũ về tinh thần và vật chất cho bản thân trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Em xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình khác. Trừ những phần tham khảo đã được ghi rõ trong luận văn. Học viên Hoàng Văn Quyết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang Phần mở đầu 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Đối tượng, mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu 2 2.1. Đối tượng nghiên cứu 2 2.2. Mục đích nghiên cứu 2 2.3. Nội dung nghiên cứu 2 2.4. Phương pháp nghiên cứu 2 3. Ý nghĩa của đề tài 2 3.1. Ý nghĩa khoa học 2 3.2. Ý nghĩa thực tiến 3 Chương 1: Tổng quan về mài phẳng và mài thép làm khuôn 4 1.1. Đặc điểm của quá trình mài. 4 1.2. Tổng quan về mài thép làm khuôn 5 1.2.1. Vị trí của nguyên công mài trong gia công kim loại 5 1.2.2. Thực trạng ngành công nghiệp sản xuất khuôn mẫu 5 1.3. Cơ sở của quá trình cắt khi mài phẳng 7 1.3.1. Quá trình tạo phoi khi mài phẳng 7 1.3.2. Động hình học quá trình mài phẳng 9 1.3.3. Tốc độ bóc vật liệu 10 1.3.4. Chiều dày phoi tương đương 11 1.4. Động lực học mài 11 1.4.1. Lực cắt khi mài 11 1.4.2. Công suất cắt khi mài 13 1.4.3. Rung động khi mài 13 1.5. Mòn và tuổi bền của đá mài 15 1.5.1. Các dạng mòn của đá mài 15 1.5.2. Tuổi bền đá mài và các phương pháp xác định tuổi bền đá mài 17 1.5.3. Sửa đá mài 19 1.6. Nhiệt độ mài 19 1.7. Chất lượng bề mặt mài 21 1.7.1. Sự hình thành nhám bề mặt mài 21 1.7.2. Sự hình thành sóng bề mặt mài 22 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.7.3. Sự thay đổi cấu trúc của lớp bề mặt, sự hình thành ứng suất dư bề mặt 22 1.8. Tính gia công của vật liệu khi mài 23 1.9. Chế độ cắt và ảnh hưởng của chế độ cắt đến các thông số đặc trưng cho quá trình cắt khi mài phẳng 24 1.9.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt 24 1.9.2. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến rung động khi mài 25 1.9.3. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhiệt cắt 25 1.9.4. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến mòn và tuổi bền của đá mài 26 1.9.5. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt mài 26 1.10. Kết luận chương 1 27 1.10.1 Tóm tắt về công nghệ mài, mài vật liệu làm khuôn mẫu 27 1.10.2 Định hướng nghiên cứu của đề tài 28 1.10.3 Nội dung nghiên cứu của đề tài 28 1.10.4 Định hướng nghiên cứu tiếp theo 28 Chương 2: Tối ưu hóa chế độ cắt khi mài vật liệu thép làm khuôn SKD61 29 2.1. Mô hình quá trình mài phẳng 29 2.2. Những định hướng khi nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt khi mài thép làm khuôn SKD61 30 2.3. Mô hình hóa toán học quá trình mài phẳng 31 2.4. Kết luận chương 2 34 Chương 3: Xây dựng cơ sở nghiên cứu thực nghiệm 35 3.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 35 3.1.1. Chọn thông số vào 35 3.1.2. Chọn chỉ tiêu đánh giá 37 3.1.3. Nhiễu khi mài phẳng 38 3.2. Xây dựng quy hoạch thực nghiệm 38 3.2.1. Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm 38 3.2.2. Chọn loại kế hoạch thực nghiệm và mô hình hồi quy thực nghiệm 40 3.2.3. Xác định miền qui hoạch 51 3.3. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 52 3.3.1. Máy thí nghiệm 52 3.3.2. Vật liệu thí nghiệm 53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.3.3. Đá mài thí nghiệm 53 3.3.4. Chế độ sửa đá 54 3.3.5. Dung dịch trơn nguội 54 3.3.6. Hệ thống đo lường 54 3.4. Kết luận chương 3 56 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm và thảo luận kết quả 57 4.1. Các bước nghiên cứu tối hóa quá trình mài phẳng thép làm khuôn SKD61 57 4.1.1. Các hàm mục tiêu khi mài tinh thép làm khuôn SKD61 58 4.1.2. Chọn dạng hàm hồi quy 58 4.2. Tối ưu hóa quá trình mài phẳng khi mài tinh thép làm khuôn SKD61 61 4.2.1. Xây dựng thuật toán quy hoạch thực nghiệm 61 4.2.2. Xác định hàm hồi quy 61 4.2.3. Xác định hàm mục tiêu tối ưu 64 4.2.4. Miền tối ưu hoá 66 4.3. Nghiên cứu hình thái, cấu trúc và tính chất cơ lý lớp bề mặt khi mài tinh thép làm khuôn SKD61 71 4.3.1. Nghiên cứu hình thái bề mặt gia công 71 4.3.2. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất cơ lý lớp kim loại bề mặt 73 4.4. Thảo luận kết quả nghiên cứu khi mài tinh thép làm khuôn SKD61 75 4.4.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt và độ chính xác gia công 75 4.4.2. Hình thái bề mặt gia công 76 4.4.3. Cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công 76 4.5. Triển khai ứng dụng kết quả vào sản phẩm thực tế 77 4.5.1. Sản phẩm ứng dụng 77 4.5.2. Kết quả ứng dụng 78 4.6. Kết luận chương 4 79 KẾT LUẬN CHUNG 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 84 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị n đ Tốc độ quay của đá mài Vòng/ph V b Vận tốc bàn máy (lượng chạy dao dọc) m/ph S n Lượng chạy dao ngang mm/ht a z Chiều sâu cắt của một hạt mài mm b z Chiều rộng phoi cắt mm t Chiều sâu cắt khi mài mm b Chiều rộng mài mm B Chiều rộng của đá mài mm D đ Đường kính của đá mài mm  đ Tốc độ của đá mài m/s  ct Tốc độ của chi tiết gia công m/ph L c Chiều dài cung tiếp xúc tĩnh mm D e Đường kính tương đương mm h max Chiều dày phoi không biến dạng lớn nhất mm h tđ Chiều dày phoi tương đương mm Q w Tốc độ bóc vật liệu mm 3 /s Q ’ w Tốc độ bóc vật liệu trên 1 đơn vị bề rộng mài mm 3 /s.m P iz Thành phần lực cắt theo phương tiếp tuyến tác dụng lên 1 hạt mài N P iy Thành phần lực cắt theo phương pháp tuyến tác dụng lên 1 hạt mài N P z Thành phần lực cắt tiếp tuyến N P y Thành phần lực cắt pháp tuyến N R a , R z , R t Thông số đánh giá độ nhám bề mặt gia công m K p = P y /P z Hệ số lực cắt N Công suất mài W u Năng lượng riêng khi mài J/mm 3 K c Hệ số khả năng cắt của đá mài mm 3 /s.N G Hệ số mài T Tuổi bền của đá mài phút T m Nhiệt độ mài 0 C S sđ Lượng chạy dao ngang khi sửa đá m/ph Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn t sđ Chiều sâu cắt khi sửa đá mm x i Giá trị mã hoá của các thông số vào X i Khoảng thay đổi thông số vào g Gia tốc m/s 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Bảng Nội dung Trang 1 1.1 Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim 20 2 3.1 Ma trận quy hoạch trung tâm hợp thành đối xứng với 3 thông số ảnh hưởng 52 3 3.2 Ký hiệu tương đương thép SKD61 của các nước 53 4 3.3 Thành phần hoá học của mẫu thí nghiệm thép SKD61 53 5 4.1 Giá trị mã hóa và giá trị thực ở các mức của các thông số 60 6 4.2 Ma trận thí nghiệm khi mài tinh thép SKD61 60 7 4.3 Kết quả thí nghiệm mài tinh thép SKD61 bằng đá Cn60.CV1.G.V1. 250x25x75.  đ = 30m/s. 61 8 4.4 Ứng dụng bộ thông số chế độ cắt tối ưu vào mài tinh nửa dưới khuôn dập trục khuỷu xe máy Honda tại Công ty Diezel Sông Công (DISOCO). 78 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Hình số Nội dung Trang 1 1.1 Quá trình tách phoi của hạt mài. 7 2 1.2 Sơ đồ cắt của hạt mài 9 3 1.3 Vùng tiếp xúc đá – chi tiết mài 10 4 1.4 Lực cắt tác dụng lên hạt mài 11 5 1.5 Quan hệ P y – P z 13 6 1.6 Rung động gây ra sóng bề mặt gia công 14 7 1.7 Các dạng mòn của đá mài 16 8 1.8 Quá trình mòn đá mài 16 9 1.9 Cấu trúc lớp bề mặt mài 23 10 1.10 Profin bề mặt mài lý tưởng 26 11 2.1 Mô hình quá trình mài phẳng 29 12 3.1 Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm 35 13 3.2 Sơ đồ khối xử lý kết quả đo 41 14 3.3 Sơ đồ khối xác định hàm hồi quy một biến 43 15 3.4 Sơ đồ khối xác định hàm hồi quy nhiều biến 48 16 3.5 Sơ đồ khối thuật toán Gradient 51 17 3.6 Máy đo độ nhám bề mặt SJ – 201 54 18 3.7 Máy đo tọa độ CMM 544 – Mitutoyo 55 19 3.8 Đầu đo tiếp xúc TP20 – Hãng RENISHAW R 56 20 4.1 Sơ đồ cấu trúc chương trình phần mềm hồi quy và tối ưu hóa. 57 21 4.2a Quan hệ nhám bề mặt với S n , V b (t tối ưu) 67 22 4.2b Quan hệ nhám bề mặt với t, V b (S n tối ưu) 67 23 4.2c Quan hệ nhám bề mặt với t, S n (V b tối ưu) 68 24 4.3a Quan hệ sai số gia công với S n , V b (t tối ưu) 69 25 4.3b Quan hệ sai số gia công với t, V b (S n tối ưu) 69 26 4.3c Quan hệ sai số gia công với t, S n (V b tối ưu) 70 27 4.4 Ảnh SEM bề mặt khi mài thép SKD61 bằng đá mài Hải Dương Cn60.CV 1 .G.V 1 250x25x75 với  đ = 30m/s; t = 0,005 mm; S n = 9 mm/ht;  b = 5 m/ph; dung dịch trơn 71 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn nguội là nhũ tương của hãng TOTAN pha với nước đạt nồng độ 10% 28 4.5 Ảnh SEM bề mặt khi mài thép SKD61 bằng đá mài Hải Dương Cn60.CV 1 .G.V 1 250x25x75 với  đ = 30m/s; t = 0,01 mm ; S n = 5 mm/ht;  b = 11 m/ph; dung dịch trơn nguội là nhũ tương của hãng TOTAN pha với nước đạt nồng độ 10% 72 29 4.6 Ảnh SEM bề mặt khi mài thép SKD61 bằng đá mài Hải Dương Cn60.CV 1 .G.V 1 250x25x75 với  đ = 30m/s; t = 0,01 mm ; S n = 9 mm/ht;  b = 11 m/ph; dung dịch trơn nguội là nhũ tương của hãng TOTAN pha với nước đạt nồng độ 10% 72 30 4.7 Cấu trúc bề mặt khi mài thép SKD61 bằng đá mài Hải Dương Cn60.CV 1 .G.V 1 250x25x75 với  đ = 30m/s; t = 0,005 mm ; S n = 9 mm/ht;  b = 5 m/ph; dung dịch trơn nguội là nhũ tương của hãng TOTAN pha với nước đạt nồng độ 10% 73 31 4.8 Cấu trúc bề mặt khi mài thép SKD61 bằng đá mài Hải Dương Cn60.CV 1 .G.V 1 250x25x75 với  đ = 30m/s; t = 0,01 mm ; S n = 5 mm/ht;  b = 11 m/ph; dung dịch trơn nguội là nhũ tương của hãng TOTAN pha với nước đạt nồng độ 10% 74 32 4.9 Cấu trúc bề mặt khi mài thép SKD61 bằng đá mài Hải Dương Cn60.CV 1 .G.V 1 250x25x75 với  đ = 30m/s; t = 0,01 mm ; S n = 9 mm/ht;  b = 11 m/ph; dung dịch trơn nguội là nhũ tương của hãng TOTAN pha với nước đạt nồng độ 10% 74 33 4.10 Nửa trên khuôn dập trục khuỷu xe máy Honda 77 34 4.11 Nửa dưới khuôn dập trục khuỷu xe máy Honda 78 [...]... vậy, việc nghiên cứu các thông số chế độ công nghệ khi mài các vật liệu làm khuôn là rất cần thiết Nên hướng nghiên cứu của đề tài là: Nghiên cứu các thông số công nghệ để nâng cao chất lượng và độ chính xác gia công của sản phẩm khi mài thép làm khuôn SKD61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -2- 2 Đối tƣợng, mục đích, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu 2.1... đó xác định chế độ công nghệ hợp lý góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế - kĩ thuật của quá trình mài - Đưa ra một số chỉ dẫn về công nghệ hợp lý khi mài các vật liệu khó gia công - Dùng làm tài liệu tham khảo cho việc giảng dạy và học tập 2.3 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến: độ chính xác và độ nhám bề mặt gia công - Nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt quá trình mài. .. MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài Các chi tiết máy có độ chính xác, chất lượng bề mặt và độ bền cao là cơ sở cho sự ra đời các loại máy móc, thiết bị hiện đại, có chất lượng cao (độ chính xác, độ tin cậy, độ bền cao ) Các bề mặt cần độ chính xác và chất lượng bề mặt cao cần phải được mài Hiện nay có rất nhiều các loại vật liệu mới có cơ lý tính cao (độ bền cao, độ cứng cao ) Các loại vật liệu này ngày... nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các thông số công nghệ đặc trưng cho quá trình cắt khi mài mác thép SKD61 nhiệt luyện bằng đá mài Hải Dương trên máy mài phẳng Những kết quả và phương pháp nghiên cứu đạt được sẽ vận dụng hiệu quả trong quá trình nghiên cứu và áp dụng trong thực tiễn khi mài bằng các loại vật liệu khác nhau 2.2 Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu quá trình mài phẳng thép SKD61, ... trong công nghệ chế tạo khuôn mẫu, một loại sản phẩm yêu cầu độ chính xác và chất lượng bề mặt rất cao đòi hỏi phải được mài Trong công nghiệp hiện đại các sản phẩm khuôn mẫu rất được quan tâm, các bề mặt khuôn mẫu thường có hình dạng phức tạp yêu cầu độ chính xác hình dáng hình học và chất lượng bề mặt cao Vì vậy, trong chế tạo khuôn mẫu mài là nguyên công quan trọng Các phương pháp tối ưu hóa chế độ. .. hoặc dùng để tham khảo khi mài các mác thép hợp kim cao, không gỉ, có độ bền cao (bền hóa, bền nhiệt) như: SKD4, SKD5, SKD8, SKD11, SKD62 - Các kết quả nghiên cứu sẽ được áp dụng với những sản phẩm yêu cầu chất lượng cao phục vụ trong các các ngành công nghiệp như: y tế, hóa chất và khuôn mẫu Ứng dụng vào mài một số bề mặt của bộ khuôn dập trục khuỷu xe Honda tại Công ty Diezel Sông Công Số hóa bởi... dụng các phương pháp sau để xác định tuổi bền đá mài [58]: 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -18- đá.Việc hiệu chỉnh để tránh phế phẩm thường giảm đáng kể số lượng chi tiết gia công lớn nhất làm. .. thành phẩm hoặc nhập khuôn từ nước ngoài vào sản xuất Một trong những nguyên nhân cần được đề cập đến ở đây là do yêu cầu kĩ thuật của các loại khuôn mẫu quá cao về độ chính xác và chất lượng bề mặt Các bề mặt này thường có hình dáng phức tạp và cần phải được gia công với độ chính xác cao, thường phải được trải qua nguyên công mài Trong khi đó trang thiết bị ở hầu hết các cơ sở thuộc trình độ công nghệ. .. gây ra các vết cháy xém Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -15- 1.5 Mòn và tuổi bền của đá mài 1.5.1 Các dạng mòn của đá mài Mòn bề mặt làm việc của đá khi mài là một quá trình cơ, lý, hoá phức tạp và phụ thuộc vào tất cả các điều kiện gia công như: thông số kỹ thuật của đá, tính chất của vật liệu gia công, sự phối hợp đá mài - vật liệu gia công, chế độ cắt... chế độ cắt Bản chất của quá trình tác động cơ học giữa các hạt mài và vật liệu gia công là quá trình cào xước tế vi của các hạt mài ở điều kiện vận tốc cao, nhiệt độ lớn, do đó đỉnh các hạt mài bị mòn dần tạo thành các vùng phẳng Mài mòn hạt mài chủ yếu phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu hạt mài Vùng phẳng ở đỉnh hạt mài tăng dần theo thời gian mài làm giảm góc trước của hạt mài do đó lực cắt . chế độ công nghệ khi mài các vật liệu làm khuôn là rất cần thiết. Nên hướng nghiên cứu của đề tài là: Nghiên cứu các thông số công nghệ để nâng cao chất lượng và độ chính xác gia công của sản. TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG CỦA SẢN PHẨM KHI MÀI THÉP LÀM KHUÔN SKD61 Học Viên: Hoàng Văn Quyết Lớp: CHK10 CTM Chuyên ngành: Công. lý khi mài các vật liệu khó gia công. - Dùng làm tài liệu tham khảo cho việc giảng dạy và học tập. 2.3. Nội dung nghiên cứu. - Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến: độ chính xác