nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi mài thép không gỉ trên máy mài tròn ngoài

Trường Đại học KTCN  1  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP PHẠM NGỌC DUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI THÉP KHÔNG GỈ TRÊN MÁY MÀI TRÒN NGOÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. TRẦN MINH ĐỨC THÁI NGUYÊN 2010 Trường Đại học KTCN  2  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP **************************** THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI THÉP KHÔNG GỈ TRÊN MÁY MÀI TRÒN NGOÀI Học viên : Phạm Ngọc Duy Lớp : CHK11 CTM Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy Ngƣời HD khoa học : TS. Trần Minh Đức NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN TS. Trần Minh Đức Phạm Ngọc Duy KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC BGH TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 2010 Trường Đại học KTCN  3  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS. Trần Minh Đức- người Thầy đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tiếp theo Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Khoa đào tạo sau đại học, Khoa Cơ khí và bộ môn Chế tạo máy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này. Sau hết Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Phạm Ngọc Duy Trường Đại học KTCN  4  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi 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. Tác giả Phạm Ngọc Duy Trường Đại học KTCN  5  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI THÉP KHÔNG GỈ 14 1.1. Đặc điểm và ứng dụng của thép không gỉ 14 1.1.1. Đặc điểm chủ yếu của thép không gỉ 14 1.1.2. Phân loại, ký hiệu và ứng dụng 15 1.1.3. Tính gia công của thép không gỉ 16 1.2. Tổng quan về công nghệ mài, chất lượng bề mặt, lực và rung động khi mài 18 1.2.1. Tổng quan về công nghệ mài 18 1.2.1.1. Đặc điểm của quá trình mài 18 1.2.1.2. Khả năng công nghệ của mài 19 1.2.1.3. Quá trình tạo phoi khi mài 23 1.2.2. Chất lượng bề mặt sau mài 26 1.2.2.1. Nhám bề mặt 26 1.2.2.2. Sóng bề mặt 27 1.2.2.3. Tính chất cơ lý lớp bề mặt 27 1.2.2.4. Cấu trúc tế vi lớp bề mặt sau mài 29 1.2.3. Lực cắt khi mài 29 1.2.4. Nhiệt cắt khi mài 31 1.2.5. Rung động khi mài 33 1.2.6. Đặc điểm về mài thép không gỉ 34 1.2.6.1. Tạo phoi 34 1.2.6.2. Lực cắt khi mài 36 1.2.6.3. Mòn đá 37 1.2.6.4. Nhiệt cắt 40 1.2.7. Mô hình quá trình mài 40 1.2.8 .Khái quát về các công trình nghiên cứu và định hướng nghiên cứu 42 Trường Đại học KTCN  6  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.2.8.1. Khái quát về các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực mài 42 1.2.8.2. Định hướng nghiên cứu 43 1.2.9. Kết luận chương I 44 Chƣơng 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG 45 2.1. Giới thiệu 45 2.2. Yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt 45 2.2.1. Ảnh hưởng đến nhám bề mặt và sóng bề mặt 45 2.2.1.1. Ảnh hưởng đến nhám bề mặt 45 2.2.1.2. Ảnh hưởng đến sóng bề mặt 52 2.2.2. Ảnh hưởng đến tính chất cơ lý lớp bề mặt 53 2.2.2.1. Độ cứng lớp bề mặt 53 2.2.2.2. Trạng thái ứng suất dư lớp bề mặt 55 2.3. Chất lượng bề mặt khi mài thép không gỉ 57 2.4. Các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công 58 2.4.1. Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt gia công 58 2.4.2. Phương pháp đánh giá độ cứng lớp bề mặt của vật liệu gia công 58 2.4.3. Phương pháp đánh giá cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công 59 2.4.4. Các phương pháp đánh giá ứng suất dư bề mặt gia công 59 2.5. Các hướng nghiên cứu về mài và giới hạn vấn đề nghiên cứu 60 2.5.1. Các hướng nghiên cứu về mài 60 2.5.2. Giới hạn vấn đề nghiên cứu 61 2.6. Kết luận chương 2 62 Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 63 3.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 63 3.1.1. Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm 63 3.1.2. Quy hoạch thực nghiệm và mô hình hồi quy thực nghiệm 64 Trường Đại học KTCN  7  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 67 3.2.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm 67 3.2.2. Mô hình thí nghiệm 67 3.2.3. Hệ thống công nghệ 68 3.2.3.1. Máy mài 68 3.2.3.2. Đá mài 69 3.2.3.3. Phôi liệu 70 3.2.3.4. Dụng cụ sửa đá 70 3.2.3.5. Dung dịch trơn nguội 70 3.2.3.6. Thiết bị đo 70 3.3. Xác định điều kiện biên 72 3.4. Xử lý số liệu thực nghiệm 72 3.4.1. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm, quá trình thí nghiệm 72 3.4.1.1. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm 72 3.4.1.2 Quá trình thí nghiệm 74 3.4.2. Xử lý số liệu thực nghiệm 75 3.4.2.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt 75 3.4.2.2. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến hình thái bề mặt gia công 79 3.5. Thảo luận kết quả 82 3.6. Kết luận chương 3 83 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 Trường Đại học KTCN  8  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị n đ Tốc độ quay của đá mài Vòng/ph S d Lượng chạy dao dọc m/ph S n Lượng chạy dao ngang mm/HTĐ 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 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 TP lực cắt theo phương tiếp tuyến tác dụng lên 1 hạt mài N P iy TP 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 dọc khi sửa đá m/ph t sđ Chiều sâu cắt khi sửa đá mm x i Giá trị mã hoá của các thông số vào g Gia tốc m/s 2 Trường Đại học KTCN  9  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim [9] 31 Bảng 2.1 Số lượng hạt mài trong một mm 2 bề mặt đá 48 Bảng 3.1 Tỷ lệ các nguyên tố của thép SUS304 70 Bảng 3.2 Ma trận thực nghiệm 73 Bảng 3.3 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi mài thép SUS304 bằng đá Al 2 O 3 . 74 Trường Đại học KTCN  10  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn ngoài 21 Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn trong 22 Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng 23 Hình 1.4. Các dạng có thể có của lưỡi cắt 24 Hình 1.5. Quá trình tạo phoi khi mài 25 Hình 1.6. Sự hình thành độ nhám bề mặt mài [9] 26 Hình 1.7 Cấu trúc lớp bề mặt mài [12] 28 Hình 1.8 Nhiệt và sự phân bố năng lượng khi mài 32 Hình 1.9 Rung động gây ra sóng bề mặt gia công [9]. 33 Hình 1.10 Sơ đồ tạo phoi khi mài 34 Hình 1.11 Sơ đồ thoát phoi khi mài 35 Hình 1.12 Hạt mài găm vào bề mặt chi tiết 35 Hình 1.13 Sơ đồ phân bố lực 36 Hình 1.14 Biến dạng của chi tiết khi mài 37 Hình 1.15 Hiện tượng phoi dính bám lên bề mặt hạt mài 37 Hình 1.16. Biến dạng dẻo trên chi tiết gia công và trên bề mặt đá 38 Hình 1.17. Hiện tượng nứt tế vi trên hạt mài và chất dính kết 38 Hình 1.18 Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian gia công 39 Hình 1.19 Lượng mòn hướng kính và mòn góc đá mài 39 Hình 1.20 Lượng mòn của hạt mài 39 Hình 1.21 Mô hình hoá quá trình mài tròn ngoài 30 Hình 2.1 Quá trình hình thành nhám bề mặt khi mài 46 Hình 2.2 Sự tạo sóng trên bề mặt gia công khi mài 52 Hình 2.3 Sự thay đổi độ cứng lớp bề mặt khi mài thép gió 54 Hình 2.4 Quan hệ giữa lực cắt và nhám bề mặt 57 [...]... hình thành độ nhám bề mặt mài [9] - Nếu thay đổi chế độ cắt làm tăng chiều sâu cắt a z của các hạt mài thì dẫn đến nhám bề mặt mài tăng - Độ hạt và chế độ sửa đá (Ssđ, tsđ) có ảnh hưởng tương tự nhau đến độ nhám bề mặt mài: hạt mài có kích thước lớn hơn, sửa đá thô hơn dẫn đến độ nhám bề mặt mài tăng - Rung động làm tăng độ nhám bề mặt mài Bằng cách chụp ảnh tế vi bề mặt mài, các nghiên cứu [7], [11],... cần nghiên cứu để điều khi n quá trình mài là rất rộng Tuy nhiên chế độ cắt khi mài là một trong những yếu tố ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả của quá trình mài, trong khi ở Việt Nam và trên thế giới các công trình nghiên cứu về mài còn chưa nhiều, đặc biệt với mài thép không gỉ hoặc chậm gỉ có rất ít các công trình nghiên cứu Từ những phân tích trên thấy rằng đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ. .. loại thép không gỉ từ đó xác định được chế độ cắt hợp lý khi mài thép không gỉ Kết quả sẽ đưa ra được các chỉ dẫn công nghệ về lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi mài các loại thép này 2.2 Phương pháp nghiên cứu Kết hợp giữa lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm 3 Đối tƣợng nghiên cứu Vật liệu gia công: Thép không gỉ: SUS304 thường hóa có HB 187 Máy: 3Б153 Đá mài. .. độ cắt đến nhám bề mặt khi mài thép không gỉ trên máy mài tròn ngoài ”, là rất cần thiết và cấp bách Hướng dẫn KH: TS Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn Trường Đại học KTCN  13  Luận văn Thạc sĩ 2 Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến hiệu quả của quá trình mài. .. trên bề mặt mài đồng thời tạo ra ứng suất tập trung - Các vết nứt trên bề mặt mài do nhiệt mài Các nguyên nhân làm giảm độ nhám lý thuyết của bề mặt mài gồm: biến dạng đàn hồi theo phương hướng kính của đá mài và việc chà sát đỉnh mòn của các hạt mài, thành phần dung dịch trơn nguội và công nghệ tưới nguội Khi mài tròn thì độ nhám dọc hướng mài nhỏ hơn độ nhám vuông góc với hướng mài 1.2.2.2 Sóng bề. .. lượng bề mặt mài là kết quả của quá trình tương tác lý, hoá phức tạp giữa các vật liệu trong vùng gia công Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt mài gồm: - Tính chất hình học của bề mặt: độ nhám, độ sóng - Tính chất cơ lý lớp bề mặt - Cấu trúc tế vi lớp bề mặt sau khi mài 1.2.2.1 Nhám bề mặt Nhám bề mặt mài hình thành chủ yếu bởi các vết cào xước chồng lên nhau của các điểm cắt có chiều cao không. .. trúc tế vi lớp bề mặt sau mài Lực cắt khi mài không lớn so với các phương pháp cắt gọt khác nhưng do tốc độ cắt cao, góc cắt của các hạt mài không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt, sự tham gia cắt gọt của nhiều hạt mài và sự ma sát, cào miết của các hạt mài không cắt gọt làm cho nhiệt phát sinh trong vùng tiếp xúc giữa đá mài và chi tiết gia công rất lớn (1000 ÷ 1500oC) Nhiệt cắt khi mài lớn làm biến... lưỡi cắt - Tốc độ cắt khi mài rất cao, thường V = 30 - 35 m/s hoặc có thể lớn hơn 100 m/s Tiết diện phoi mài ra rất bé - Dụng cụ mài có lưỡi cắt không liên tục, các hạt mài nằm tách biệt trên mặt đá và cắt ra các phoi riêng biệt Do đó có thể coi quá trình mài là một quá trình cạo xước liên tục bề mặt gia công - Do tốc độ cắt cao, thông số hình học của lưỡi cắt không hợp lý nên nhiệt độ cắt khi mài rất... làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt khi mài các loại thép không gỉ tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam để nâng cao độ chính xác, và chất lượng bề mặt chi tiết gia công 5 Nội dung của luận văn Kết cấu của luận văn bao gồm ba chương và phần kết luận chung: Chương 1: Tổng quan về mài thép không gỉ Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý số... Phương pháp mài: Mài tròn ngoài chạy dao dọc 4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: + Bổ sung lý về mài các vật liệu khó gia công đặc biệt là thép không gỉ + Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số của nhám bề mặt (Ra), với các thông số của chế độ cắt (Sd, t) khi mài dưới dạng các hàm thực nghiệm + Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc nghiên cứu tối ưu hoá quá trình mài - Ý nghĩa . Yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt 45 2.2.1. Ảnh hưởng đến nhám bề mặt và sóng bề mặt 45 2.2.1.1. Ảnh hưởng đến nhám bề mặt 45 2.2.1.2. Ảnh hưởng đến sóng bề mặt 52 2.2.2. Ảnh hưởng đến. pháp nghiên cứu 2.1. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến hiệu quả của quá trình mài các loại thép không gỉ từ đó xác định được chế độ cắt hợp lý khi mài thép không gỉ. . NGỌC DUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI THÉP KHÔNG GỈ TRÊN MÁY MÀI TRÒN NGOÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI