Nghiên cứu tổng quan về quá trình đo lực trong quá trình mài

LỜI CẢM ƠN Trong trình làm tiểu luận Em xin cảm ơn thầy Lê Xuân Hưng giúp đỡ hướng dẫn em nhiều để em hoàn thành tốt tiểu luận Tuy nhiên thời gian thực đề tài trình độ thân em hạn chế nên tiểu luận không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy cô bạn, để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cám ơn ! 1 I Giới thiệu trình mài: 1,Giới thiệu mài: Mài phương pháp gia công cắt gọt tốc độ cao bằng lượng lớn lưỡi cắt bé hạt mài Các hạt mài giữ chặt đá mài bằng chất dính kết So với phương pháp gia công cắt gọt bằng dụng cụ cắt, có lưỡi cắt xác định, mài có số đặc điểm sau Đá mài dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt, gồm hạt mài liên kết với bằng chất dính kết Các hạt mài có hình dáng khác nhau, phân bố đá mài ngẫu nhiên nên thông số hình học lưỡi cắt không hợp lý, không thuận lợi cho trình cắt Thường góc trước γ 900 có bán kính ρ lưỡi cắt Tốc độ cắt mài cao, thường V d =30÷ 35 (m/s) lớn 100m/s Tiết diện phoi hạt mài bé Dụng cụ mài có lưỡi cắt không liên tục, hạt mài nằm tách biệt mặt đá cắt phoi riêng biệt Do coi trình mài trình cào xước liên tục bề mặt gia công Do tốc độ cắt cao, thông số hình học lưỡi cắt khônghợp lý nên nhiệt độ cắt mài cao, lên đến 10000C ÷ 150000C Các hạt mài có độ cứng, độ giòn cao, độ bền nhiệt cao nên có khảnăng gia công cấc vật liệu có độ bền, độ cứng cao như: Thép tôi, hợp kim cứng, thép bền nhiệt v.v Trong trình mài, đá mài có khả tự mài sắc phần Do cấu trúc hình học tế vi bề mặt đá phức tạp, xếp hạt mài,sự tạo lưỡi cắt hạt mài ngẫu nhiên nên việc điều khiển trình mài gặp nhiều khó khăn 2 Quá trình mài trình cào xước tế vi bề mặt, nên phoi tạo nhỏ nên mài có khả đạt độ xác độ nhẵn bề mặt cao Mài trình gia công tinh thường đặt cuối quy trình công nghệ Mài không dùng gia công tinh, mà dùng ngày nhiều nguyên công gia công phá, gia công thô Do có nhiều ưu điểm bật nên mài sử dụng nhiều phổ biến ngành khí chế tạo máy 2.Các lực trình mài: a.Lực cắt tác dụng vào hạt mài µ= Ptt Phk Lực cắt tác dụng vào hạt mài trình cắt chia làm hai thành phần: Lực tiếp tuyến Pttvà lực Phk Gọi hệ số lực cắt.[1] Khi cắt, giai đoạn chưa tạo phoi, thành phần lực Phk ép lưỡi cắt vào bề mặt chi tiết Phk có trị số lớn nhiều so với Ptt( μ nhỏ) Khi trình tạo phoi xảy Ptt tăng lên ( μ tăng) Lúc Ptt gồm hai thành phần: lực ma sát lực tạo phoi Khi nghiên cứu vết cắt, chiều sâu cắt biến dạng t chiều dày phoi thực tế ta rút số kết luận sau: Khi bán kính mũi dao ρ nhỏ ma sát dao bề mặt gia công lớn trình tạo phoi xảy sớm Khi ρ lớn ma sát nhỏ trình dồn ép kim loại kéo dài, trình tạo phoi xảy muộn Các hạt mài tạo phoi nhỏ, mảnh nên lực cắt hạt mài phát sinh nhỏ Tuy nhiên mài có nhiều hạt đồng thời tham gia cắt nên tổng lực cắt tất lưỡi lớn Nếu gọi lực cắt tổng hợp tác dụng lên hạt mài Pithì lực cắt mài xác định theo công thức: uu r n ur Pc = ∑ Pi i =1 [1] Trong đó: n - Tổng số lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt Pc- Lực cắt tổng hợp mài Lực tổng hợp Pc phân thành thành phần: 3 Hình Hệ thống lực cắt [4] ur uu r uu r uur P = Pz + PY + PX [1] Trong đó: Pz :Thành phần lực tiếp tuyến Py :Thành phần lực lực pháp tuyến Px :Thành phần lực dọc theo phương chạy dao Thường Pc= (1,5 ÷ 3).Pz Pxthường bé so với Pz nên thường bỏ qua Thành phần lực tiếp tuyến Pz tính theo công thức: 3− k vct D + d l −2k 2− k k −1 2− k t Pz = A.( ) k ( ) Sd B 60.vd ± 2.vct l d D [1] Trong A k hệ số mũ xác yếu tố mài vd Sd có ảnh hưởng lớn tới lực Pz Chiều sâu cắt thực tế định bằng thực nghiệm phụ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể.ta thấy: Lực Pz phụ thuộc vào tất t ảnh hưởng tới Pz Khi tăng Vd độ hạt, lực Pz giảm Khi mài tỷ số lực cắt Kμ xác định theo biểu thức: Kµ = Pz Py [1] Hệ số lực cắt Kμ biểu thị tương quan ma sát vùng tiếp xúc lưỡi cắt chi tiết gia công 4 Khi mài vật liệu dẻo, khả tự mài sắc đá hạn chế Xét vùng tạo phoi mài: Hình 2.Vùng tạo phoi mài [1] Có thành phần lực xuất hiện: Pc = Qcl +Qgw + Qphoi +Qwp = Ft Vc / Ak [1] Trong đó: Pc – Lực cắt Qwp – Lực tác dụng lên chi tiết Qgw – Lực tác dụng lên đá mài Qphoi–Lực tác dụng lên phoi Qcl – Lực tác dụng lên dung dịch trơn nguội Ft – Lực tiếp tuyến Ak – Diện tích tiếp xúc Trong trình mài lực cắt sinh ma sát hạt mài, phôi ma sát hạt mài với phoi chủ yếu b Lực sinh ma sát : Lực sinh ma sát dung dịch trơn nguội với chi tiết gia công, hạt mài chất dính kết gia công thép không rỉ có giá trị nhỏ, sử dụngemusil thành phần nhỏ so với sử dụng dầu nước c Lực sinh để đẩy phoi khỏi vùng cắt: Lực sinh để đẩy phoi khỏi vùng cắt, thành phần lực lớn vật liệu gia công thép không rỉ có khả biến dạng dẻo cao, thànhphần tăng tỉ lệ thuận với chiều dày cắt khả biến dạng dẻo chi tiết d Lực sinh ma sát chi tiết hạt mài: 5 Lực sinh ma sát chi tiết hạt mài lớn nhất, thành phần tăng dần lượng mòn hạt mài ngày tăng không gian chứa phoi đá mài bị điền đầy phoi mài Khi nghiên cứu vết cắt thấy hạt mài tạo phoi nhỏ, mảnh nên lực hạt mài phát sinh nhỏ Tuy nhiên mài có nhiều hạt mài đồng thời tham gia cắt nên tổng lực lưỡi cắt lớn Mài thép không rỉ có có độ dẻo độ bền cao nên trình dồn ép kim loại kéo dài, trình tạo phoi xảy muộn, tượng làm cho lực cắt tăng 6 II.Nội dung: 1.Các thiết bị đo lực cắt a.Thiết bị đo lực cắt tin cậy KISTLER – 9257BA Thông tin thiết bị: Ứng dụng: Đo lực cắt cho tiện, phay mài Dải đo Dải 1: Fx, Fy=-500N tới 500N; Fz =-1KN tới 1KN Dải 2: Fx, Fy =-1KN tới 1KN; Fz=-2KN tới KN Dải 3: Fx, Fy=-2KN tới 2KN; Fz=-5KN tới 5KN Dải 4:Fx, Fy =-5KN tới 5KN;Fz=-5KN tới 10KN Quá dải:Fx, Fy, Fz:-7,5KN/7,5KN ; Fz: 7,5KN tới 15KN Độ nhậy (dải 1): Fx, Fy = 10mV/N; Fz =5mV/N Độ tuyến tính: +/-1% FS Độ trễ: +/-0.5% FS Tần số: Fx, Fy = 2KHz; Fz = 3.5KHz Nhiệt độ làm việc: 60oC Trôi theo thời gian (charge amp at 25 oC): < +/- 0.005N/s Cách ly đất: >100 M ohm Cable nối (integral): 5m Dài (mm); 170 Rộng (mm): 100 Cao (mm): 60 Kiểu cable nối: Fischer pol neg Độ kín nước: welded/epoxy (IP67) Trọng lượng (Kg): 7.3 Khối điều khiển & khuyếch đại: Số kênh k/đ: Dải điều khiển: Tín hiệu ra: +/-5V Đấu nối đầu : x BNC neg 39pin D-Sub Nguồn cấp: 230V AC Trọng lượng: 1.52Kg 7 Bộ kẹp cho đo lực cắt tiện, type 9403 Card A/D Thu Thập liệu Độ phân giải: 12 bit Tốc độ: 330 LS/s Nhận đo lực cắt bằng máy đo lực thành phần với khuyếch đại 10KN Hình 3.Thiết bị đo Lực kế thạch lực KISTLER-9257BA [4] anh để đo thành phần trực giao lực Thiết bị đo lực có Dùng để đo độ tin cậy cao lực cắt trình phay (milling) , mài (grinding) tiện (turning) Bộ khuyếch đại bên dễ dàng thao tác Với thang đo thay đổi linh hoạt Sản xuất theo chuẩn 89/336/EEC hội đồn châu âu (CE – Council of Europe) Lực kế có khả chống ăn mòn có khả bảo vệ xâm nhập bụi nước nhớt làm mát Tấm vỏ gắn lớp cách ly nhiệt giúp cho lực kế không chịu ảnh hưởng nhiệt độ trình đo Bộ khuyếch đại kênh gắn bên lực kế Chính nhờ mà tín hiệu lực kế có trở kháng thấp Dây nối tổng hợp có khai trò kết nối với điều khiển đo 5233A1(control unit type 5233A1) Bộ điều khiển đo cho phép chọn thang đo, chia làm nhóm (Fx + Fy Fz) Lực kế khối điều khiển đo sản xuất theo tiêu chuẩn hội đồng Châu Âu (chỉ thị số 89/336/EEC) đồng thời tuân theo tiêu chuẩn cho thiết bị công nghiệp EMC Khối điều khiển dễ thao tác bao gồm khối nguồn, keyboard, led hiển thị trạng thái (led đơn ) cổng kết nối tín hiệu vào Điện áp đầu tỷ lệ với lực tác dụng Ứng dụng: Đo thành phần lực Đo lực cắt nhằm tối ưu hóa trình sản xuất 8 Đo lực cắt (tiện, phay, bào) cho mục đích đào tạo b Hệ thống đo lực cắt máy mài tròn Bộ cảmbiến (Lực kế) Bộ khuếch đại Bộ chuyển đổi AD Máy tính Máy in Hình Sơ đồ khối hệ thống đo [2] Bộ cảm biến: Gồm phần tử đàn hồi có dán tenzo điện trở Bộ khuyếch đại: Card BDK16 hãng IOTech-Mỹ sản xuất Bộ chuyển đổi AD: Dapbook 216 hãng IOTech-Mỹ sản xuất Thiết bị xuất số liệu: máy tính cá nhân PC máy in Phần mềm điều khiển: DASYLab 5.02.02-32bit hãng IOTech Thiết kế phần tử đàn hồi: Để đo lực cắt gia công máy mài tròn ngoài, sử dụng mũi tâm vừa làm nhiệm vụ đồ định vị vừa làm làm nhiệm vụ phần tử đàn hồi Nguyên lý đo: Lực cắt cần đo Pz, Py thông qua chi tiết gia công làm biến dạng mũi tâm Biến dạng làm thay đổi điện trở tenzo dán mũi tâm, làm thay đổi dòng điện qua tenzo Sự thay đổi dòng điện lấy làm tín hiệu đo Phần tử đàn hồi chế tạo bằng thép 40X, nhiệt luyện đạt độ cứng HRC=40-44 Giới hạn đo lực kế Pmax= 500N Để đảm bảo độ nhạy, độ ổn định lực kế chọn giới hạn biến dạng đàn hồi lớn cho phép phần tử đàn hồi [ε]=0,5.10 -4 Kết đo thử nghiệm thành phần lực cắt Pz Py sau chu trình mài Điều kiện thí nghiệm: Máy mài tròn 3Б153 Phương pháp mài có tâm chạy dao dọc Đá mài: 24A 40П CM1 K5 A – П П 400.50.203 35m/s Vật liệu gia công: Thép 45, độ cứng HRC=45 - 48 Chế độ cắt: Vd=35m/s; nd=1670v/p; nct=160v/p; Sd=1m/p; Sn=0.01mm/htđ; Chế độ sửa đá: Vd=35m/s; Sd=0,5m/p; t =0,015mm; Nhận xét: Kết đo thành phần lực cắt Pz, Py hành trình kép mài tròn 9 Đoạn ứng với giai đoạn vượt đá mài, lúc đá không cắt nên lực cắt P z = 0, Py = Đoạn giai đoạn đá bắt đầu ăn vào chi tiết, chiều dài tiếp xúc tăng dần nên lực cắt tăng dần Đoạn ứng với giai đoạn đá cắt ổn định nên lực ổn định Đoạn ứng với giai đoạn đá bắt đầu thoát khỏi chi tiết, chiều dài tiếp xúc giảm dần nên lực cắt giảm dần Như vậy, kết đo lực cắt (cả trị số quy luật) hoàn toàn phù hợp với lý thuyết 2.Ảnh hưởng thông số tới lực cắt mài a.Ảnh hưởng chế độ mài tới lực cắt Lực cắt tác dụng lên hạt mài xác định theo công thức Pzi = τ’ az.bz [1] Pyi = Kpi τ’ az.bz [1] Trong đó: τ’ - ứng suất cắt quy ước az - chiều sâu cắt hạt mài bz - chiều rộng phoi cắt Lực cắt tổng cộng bằng tổng lực cắt tác dụng lên hạt mài nằm vùng tiếp xúc đá - phôi Công thức sở để phân tích ảnh hưởng chế độ cắt đến lực cắt: Ảnh hưởng việc thay đổi Sd vct thay đổi az bz Tăng Sd vct làm tăng az bz dẫn đến Py, Pz tăng Tăng vct chiều sâu cắt t làm tăng diện tích tiếp xúc đá - phôi, tăng số lượng hạt mài đồng thời tham gia cắt dẫn đến Py, Pz tăng Tăng d làm tăng “xếp chồng” đường cắt hạt mài dẫn đến az, bz giảm Py, Pz giảm theo Nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm xây dựng công thức tính lực cắt có dạng: Py,z =Cpy,z vctx.Sdọcz.ty dα [1] Trong đó: Cpy,z - hệ số phụ phụ thuộc vào điều kiện mài Vct -vận tốc quay chi tiết gia công Sdọc - lượng chạy dao dọc chi tiết t - lượng chạy dao hướng kính 10 10 Có khác nhiều số mũ x, y, z, α xác định theo lý thuyết thực nghiệm, ví dụ: Các số mũ xác định theo lý thuyết : x = 0,5; y = 0,25; z = 0,5; α = -0,5 Các số mũ xác định bằng thực nghiệm : x = 0,35 ÷ 0,8; y = 0,4 ÷ 1,0; z = 0,24 ÷ 1,0; α = + 0,5÷ -1,0 b Ảnh hưởng vận tốc đá mài Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng vận tốc đá đến lực cắt mài thép AISI 52100 bằng đá mài CBN cho thấy: Khi tăng vận tốc đá lực cắt pháp tuyến tăng nhẹ lực cắt tiếp tuyến lại giảm hệ số lực cắt giảm làm giảm hiệu bóc tách vật liệu Nhà sản xuất khuyên sử dụng tốc độ hiệu đá mài CBN từ 29 ÷ 30 m/s mài ướt từ 15 ÷ 20 m/s mài khô Hình 5.Ảnh hưởng vận tốc đá đến lực cắt mài bằng đá CBN [3] 11 11 12 12 c Ảnh hưởng hạt mài Với đá mài CBN, sau hiệu chỉnh sửa đá, lực cắt ban đầu lớn sau giảm liên tục đến giá trị ổn định Hình 6.Lực cắt mài thép ổ lăn AISI 52100 bằng đá CBN [3] Quan sát ảnh bề mặt đá cho thấy nguyên nhân sau sửa đá hạt mài nhô gây lực cắt cao, trình mài chất dính kết bị mòn làm cho hạt mài nhô nhiều nên lực cắt giảm d.Ảnh hưởng vật liệu.[6] Đối với thép 9CrSi: Khi giảm Ssđ; tsđ: Các thành phần lực cắt Pz; Py tăng, tốc độ mòn mòn đá tăng, tuổi bền đá giảm mạnh – Tính cắt đá giảm Nguyên nhân: giảm Ssđ; tsđ tạo nên nhiều lưỡi cắt hạt mài nên mật độ lưỡi cắt động tăng, bán kính lưỡi cắt ρ tăng, chiều cao nhô lên hạt mài nhỏ, không gian chứa phoi nhỏ nên ma sát chất dính kế với bề mặt gia công tăng, tính cắt đá mài giảm Nhấp nhô tế vi bề mặt Ra giảm Nguyên nhân: độ cứng vật liệu chi tiết cao nên biến dạng dẻo bề mặt nhỏ Lúc ảnh hưởng yếu tố động lực học không đáng kể, hình thành nhám trường hợp chủ yếu yếu tố hình học động học Vì mài tinh loại thép có độ cứng cao nên chọn S sđ; tsđ nhỏ Tuy nhiên, không nên chọn Ssđ; tsđ nhỏ Ở điều kiện thí nghiệm cụ thể này, không nên sửa đá với chế độ Ssđ[...]... trình đo lực trong quá trình mài đã xác định được các lực sinh ra trong quá trình mài ví dụ như: lực tác dụng vào hạt mài, lực do ma sát, lực sinh ra do ma sát giữa chi tiết và hạt mài từ đó có các phương pháp đo lực cần thiết cho các lực sinh ra trong quá trình mài Trong quá trình mài, có các lực sinh ra nhưng quá trình đo lực luôn phải kể đến các sai số của phép do các lực sinh ra từ quá trình mài. .. trình đo lực trong quá trình mài Đối tượng nghiên cứu là các lực sinh ra trong quá trình mài và các yếu tố ảnh hưởng tới các lực đó Từ đó ta phải nắm vững được nguyên tắc hoạt động và phương pháp đo lực của thiết bị đo lực KISTLER – 9257B và hệ thống đo lực trên máy mài tròn ngoài 15 15 IV Kết luận chung Quá trình đo lực là quá trình hết sức cần thiết trong khi mài với đề tài Nghiên cứu tổng quan về quá. .. để quá trình mài được gia công chính xác, không có những sai xót và những hư hỏng về bề mặt của vật liệu thì ta phải kể đến rất nhiều yếu tố như: vận tốc đá mài, độ nhám bề mặt,vật liệu, ảnh hưởng của lượng chạy dao…và yếu tố lực sinh ra và xác định các lực như thế nào cũng rất quan trọng trong quá trình mài cũng ảnh hưởng rất nhiều tới quá trình mài Nên em chọn đề tài Nghiên cứu tổng quan về quá trình. .. vậy, khi mài các loại thép có độ cứng thấp nên chọn S sđ; tsđ lớn nhất có thể Chọn như vậy sẽ làm tăng khả năng cắt của đá mài, nâng cao được các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của nguyên công mài 3.Kết luận Từ những yếu tố trên ,lực sinh ra trong quá trình mài phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: chế độ mài, vận tốc mài, đá mài, vật liệu gia công, vận tốc quay của chi tiết….nên kết quả đo lực khi mài sẽ... vận tốc đá đến lực cắt khi mài bằng đá CBN [3] 11 11 12 12 c Ảnh hưởng của hạt mài Với đá mài CBN, sau khi hiệu chỉnh và sửa đá, lực cắt ban đầu rất lớn nhưng sau đó giảm liên tục đến giá trị ổn định Hình 6 .Lực cắt khi mài thép ổ lăn AISI 52100 bằng đá CBN [3] Quan sát ảnh bề mặt đá cho thấy nguyên nhân là do sau khi sửa đá các hạt mài nhô ra ít gây ra lực cắt cao, trong quá trình mài chất dính kết... kết quả đo lực khi mài sẽ không được chính xác và sẽ có những sai số Nên quá trình đo lực khi mài chúng ta phải kể đến những sai số của của những yếu tố như: vận tốc quay của chi tiết, vận tốc mài, bề mặt mài của vật liệu, thành phần và tính chất của đá mài 14 14 III.Đề xuất nghiên cứu Phương pháp mài có một vị trí quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại nhờ khả năng vượt trội so với các phương pháp... vận tốc đá mài Nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của vận tốc đá đến lực cắt khi mài thép AISI 52100 bằng đá mài CBN cho thấy: Khi tăng vận tốc đá thì lực cắt pháp tuyến tăng nhẹ nhưng lực cắt tiếp tuyến lại giảm do đó hệ số lực cắt giảm làm giảm hiệu quả bóc tách vật liệu Nhà sản xuất cũng khuyên sử dụng tốc độ hiệu quả của đá mài CBN từ 29 ÷ 30 m/s khi mài ướt và từ 15 ÷ 20 m/s khi mài khô Hình... chế độ mài, vận tốc của đá mài, ảnh hưởng của vật liệu mài và vật liệu làm đá mài 16 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Luận văn Th.sĩ kỹ thuật nghành :công nghệ chế tạo máy của Ngô Kiên Dương;Một số biện pháp công nghệ nâng cao độ chính xác, chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi mài tinh thép không rỉ Ứng dụng để gia công tinh các loại khuôn trong nghành dược phẩm [2]Hệ thống đo lực cắt mới trên máy mài tròn... [2]Hệ thống đo lực cắt mới trên máy mài tròn ngoài của Trần Minh Đức-Phạm Quang Đồng(Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên) [3]Luận văn Th.sĩ kỹ thuật của Nguyễn Thị Linh ;Nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công khi mài thép SUJ2 bằng đá mài CBN trên máy mài phẳng [4]Đề cương về Lực Cắt của Nguyễn Thế Tranh-Trần Quốc Việt [5]Giáo trình công nghệ chế tạo máy của Nhà xuất bản giáo dục [6]Tạp chí khoa... mạnh , lực cắt tăng mạnh, tuổi bền của đá giảm nhiều Khi mài thô (cần năng suất mài cao, chất lượng bề mặt không đòi hỏi cao) thì nên chọn S sđ; tsđ lớn để nâng cao khả năng cắt và nâng cao tuổi bền của đá mài Đối với thép 41Cr: Khi tăng Ssđ; tsđ: Các thành phần lực cắt Pz; Py giảm, tuổi bền của đá tăng, tính cắt gọt của đá tăng Nguyên nhân: do Ssđ; tsđ lớn nên làm giảm số lưỡi cắt trên mỗi hạt mài, ... phương pháp đo lực thiết bị đo lực KISTLER – 9257B hệ thống đo lực máy mài tròn 15 15 IV Kết luận chung Quá trình đo lực trình cần thiết mài với đề tài Nghiên cứu tổng quan trình đo lực trình mài”... lực quan trọng trình mài ảnh hưởng nhiều tới trình mài Nên em chọn đề tài Nghiên cứu tổng quan trình đo lực trình mài” Đối tượng nghiên cứu lực sinh trình mài yếu tố ảnh hưởng tới lực Từ ta phải... định lực sinh trình mài ví dụ như: lực tác dụng vào hạt mài, lực ma sát, lực sinh ma sát chi tiết hạt mài… từ có phương pháp đo lực cần thiết cho lực sinh trình mài Trong trình mài,có lực sinh trình