K yu hi ngh khoa hc v cụng ngh ton quc v c khớ - Ln th IV NGHIấN CU NH HNG CA CC THễNG S VT LIU V CH CT N NHM B MT CHI TIT MY KHI MI TRềN NGOI THẫP HP KIM ANALYZE THE EFFECTS OF MATERIAL PARAMETERS AND CUTTING MODE TO SURFACE ROUGHNESS IN ALLOYED STEEL EXTERNAL CYLINDRICAL GRINDING IS EVALUATED TS Nguyn Tun Linh1,a, GS.TS Trn Vn ch2,b, PGS.TS V Quý c1,c Trng i hc Cụng nghip H Ni Trng i hc Bỏch khoa H Ni a b tuanlinhck@gmail.com; tranvandich-fme@mail.hut.edu.vn; cdacvq@haui.edu.vn TểM TT nhỏm b mt l mt thụng s quan trng cỏc thụng s cht lng b mt ca chi tit mỏy Mi l mt phng phỏp gia cụng tinh cú th t c nhỏm b mt thp nhỏm b mt chi tit mỏy mi ph thuc vo rt nhiu thụng s nh: vt liu gia cụng, ỏ mi, ch ct, rung ng ca h thng cụng ngh, ch ti ngui Vi nhiu cỏc thụng s nh hng nh vy, ta khụng th iu khin tt c cỏc thụng s m ch cú th iu khin cỏc thụng s nh hng chớnh n hm mc tiờu Trong bi bỏo ny ó tin hnh ỏnh giỏ mc nh hng ca cỏc thụng s vt liu v ch ct n nhỏm b mt chi tit mỏy mi trũn ngoi thộp hp kim; qua ú, xõy dng c mụ hỡnh toỏn hc ca nhỏm b mt, lm c s cho vic gii quyt bi toỏn ti u húa quỏ trỡnh mi T khúa: nhỏm b mt, vt liu gia cụng, ch ct, mi trũn ngoi, thộp hp kim ABSTRACT Surface roughness is one essential parameter of surface quality parameters of machine parts Grinding is a fine finish machining method that can obtain low surface roughness Surface roughness in grinding depends on a number of parameters such as: material, grinding stone, cutting mode, system vibration, cooling mode, It is impossible for us to control all of these parameters, but we can only control parameters mainly affecting the objective function In this paper, the influential extend of material and cutting mode parameters on surface roughness in alloyed steel external cylindrical grinding is evaluated Thereby, mathematical mode of surface roughness is established, forming the foundation of solving the grinding optimization problem Keyword: surface roughness, material, cutting mode, external cylindrical grinding, alloyed steel T VN nhỏm b mt l hp tt c nhng li, lừm vi bc cc nh v c quan sỏt trờn mt khong ngn tiờu chun nhỏm b mt l mt cỏc yu t c trng cho cht lng b mt ca chi tit mỏy Chiu di mu o nhỏm b mt mi l 0.8mm nhỏm c o bng nhp nhụ trung bỡnh R a v nhp nhụ ln nht t ỏy ti nh R t nhỏm b mt chi tit mi thay i t khong 0.15àm n 2.3àm [5] Mi l mt phng phỏp gia cụng tinh, ú nhỏm b mt l mt ch tiờu quan trng quyt nh n cht lng ca sn phm, chớnh vỡ vy vic tỡm c b thụng s ch ct 453 K yu hi ngh khoa hc v cụng ngh ton quc v c khớ - Ln th IV kim soỏt c nhỏm b mt mi vi mt s loi thộp hp kim cú mt ý ngha ln Trong cụng trỡnh nghiờn cu ny s phõn tớch v ỏnh giỏ mc nh hng ca mt s thụng s ch ct v vt liu gia cụng n nhỏm b mt, qua ú tỡm c cỏc thụng s nh hng chớnh v xõy dng mụ hỡnh toỏn hc ca nhỏm b mt bng cỏc phng phỏp thc nghim Hỡnh 1.1 Mụ hỡnh húa nhỏm b mt chi tit mỏy mi trũn ngoi TRANG THIT B THC NGHIM - Mỏy mi trũn: MEG 1120 MAGNUM CUT Tc quay trc ỏ: 2000v/p, tc quay chi tit: - 650v/p, tc dch chuyn ca bn mỏy: vụ cp t 0,1- 5m/p, cụng sut ng c: 4kW - ỏ mi: ỏ mi Hi Dng, kớch thc ỏ 400x50x203 - Dng c sa ỏ: u sa ỏ kim cng loi ba ht cú kớch thc: 8,5x40 - Chi tit gia cụng: ng kớnh 30mm, vt liu gia cụng thộp 40X, 65, 9XC v thộp giú P18 nhit luyn t cỏc cng 40, 50 v 60HRC - Phng phỏp mi: mi cú tõm chy dao dc - Mỏy o nhỏm: Mitutoyo Surflest SJ-400 NH GI MC NH HNG CA CC THễNG S VT LIU V CH CT N NHM B MT KHI MI TRềN NGOI THẫP HP KIM Vi rt nhiu thụng s nh hng n nhỏm b mt, ta khụng th iu khin quỏ trỡnh mi qua tt c cỏc thụng s m ch iu khin c qua cỏc thụng s cú nh hng chớnh bit c nhng thụng s no nh hng chớnh n hm mc tiờu, cn tin hnh ỏnh giỏ mc nh hng ca cỏc thụng s ỏnh giỏ mc nh hng ca cỏc thụng s, cú th dựng phõn tớch phng sai (ANOVA) hoc phõn tớch Taguchi [4] Khỏc vi phõn tớch ANOVA, phõn tớch Taguchi s dng h s tớn hiu SN ỏnh giỏ kt qu, giỳp la chn thụng s ti u vi phõn tỏn nh Phõn tớch ny xột n nhiu yu t k c cỏc yu t nhiu 454 K yu hi ngh khoa hc v cụng ngh ton quc v c khớ - Ln th IV Gi thit nhỏm b mt (R a ) mi trũn ngoi ph thuc vo cỏc thụng s: ch ct (lng chy dao dc S d , tc quay ca chi tit n w , chiu sõu ct t), chi tit gia cụng (ng kớnh d w , cng vt liu gia cụng HRC) Cỏc thụng s khỏc khụng xột n c coi l cỏc thụng s nhiu Cú th xõy dng c hm quan h nh sau: R a = f(S d , n w , t, HRC, d w ) (3.1) Do cỏc hm ny ph thuc vo nhiu bin nờn d iu khin quỏ trỡnh ct ta tin hnh ỏnh giỏ mc nh hng ca cỏc bin n hm mc tiờu Cú ngha l ch iu khin nhng bin cú nh hng chớnh n hm mc tiờu a) ỏnh giỏ mc nh hng ca cng vt liu v ng kớnh chi tit gia cụng n nhỏm b mt Cỏc thụng s ca vt liu gia cụng c a nghiờn cu l cng HRC v ng kớnh ca chi tit gia cụng d w Thớ nghim c tin hnh vi thộp hp kim 9XC v kim nghim li vi cỏc loi thộp hp kim: 40X, 65 v P18 nhit luyn t cng 40, 50, 60HRC ng kớnh ca chi tit thớ nghim vi mc l 20, 30, 40mm C nh ch ct mc S d = 0.5m/p; n w = 150v/p; t = 0.01mm [1] Chn bng trc giao Taguchi L9: Bng 3.1: Bng trc giao Taguchi L9 vi cỏc thụng s thớ nghim Thớ nghim cng HRC ng kớnh d w (mm) Ln o R a1 (àm) Ln o R a2 (àm) Ln o R a3 (àm) 40 20 0.36 0.34 0.34 40 30 0.39 0.35 0.36 40 40 0.42 0.39 0.39 50 20 0.50 0.51 0.49 50 30 0.51 0.51 0.52 50 40 0.55 0.54 0.55 60 20 0.59 0.60 0.62 60 30 0.62 0.63 0.62 60 40 0.66 0.65 0.64 Ni Vi SN i = 10 log( u =1 yu2 ) , ta cú: Ni Bng 3.2: H s SN i tớnh toỏn cho nhỏm R a Thớ nghim cng (HRC) ng kớnh d w (mm) Ra H s SN i 40 20 9.1985 40 30 8.7052 40 40 7.9534 50 20 6.0194 50 30 5.7916 50 40 5.2452 60 20 4.3870 60 30 4.1053 60 40 3.7410 455 K yu hi ngh khoa hc v cụng ngh ton quc v c khớ - Ln th IV H s SN c tớnh toỏn cho mi ch s v cp nh sau: SN P1,1 = ( SN1 + SN + SN ) SN P1,2 = ( SN + SN + SN ) SN P1,3 = ( SN + SN8 + SN ) SN P 2,1 = ( SN1 + SN + SN ) SN P 2,2 = ( SN + SN + SN8 ) SN P 2,3 = ( SN + SN + SN ) Bng 3.3: H s SN tớnh toỏn cho mi ch s v cp ca cng v ng kớnh Ra Mc H s SN ca cng H s SN ca ng kớnh d w 8.6190 6.5350 5.6854 6.2007 4.0778 5.6465 R 4.5412 0.8884 Nh vy, cú th thy rng cng cú nh hng nhiu hn ng kớnh chi tit gia cụng Do ú, thụng s cng vt liu gia cụng s l thụng s iu khin Vi mc nh hng khỏ ớt, thụng s ng kớnh chi tit gia cụng s c coi l thụng s khụng iu khin b) ỏnh giỏ mc nh hng ca cỏc thụng s ch ct n nhỏm b mt Cỏc thụng s ch ct c a nghiờn cu l lng chy dao dc S d , tc quay ca chi tit n w v chiu sõu ct t Thớ nghim c tin hnh vi thộp 9XC nhit luyn t cng 50HRC, kim nghim li vi cỏc loi thộp hp kim khỏc l 40X, 65, P18 Thay i lng chy dao dc theo mc: 0.3; 0.4; 0.5m/p Thay i tc quay ca chi tit theo mc: 100; 150; 200v/p Thay i chiu sõu ct theo mc: 0.005; 0.01; 0.02mm Bng 3.4: Bng trc giao Taguchi L9 vi cỏc thụng s thớ nghim Thớ nghim Sd (m/p) n w (v/p) T (mm) Ln o R a1 (N) Ln o R a2 (N) Ln o R a3 (N) 0.3 100 0.005 0.27 0.29 0.26 0.3 150 0.01 0.33 0.40 0.38 0.3 200 0.02 0.56 0.61 0.59 0.4 100 0.01 0.38 0.39 0.40 0.4 150 0.02 0.49 0.46 0.51 0.4 200 0.005 0.44 0.45 0.42 0.5 100 0.02 0.53 0.55 0.58 0.5 150 0.005 0.36 0.33 0.32 0.5 200 0.01 0.55 0.51 0.56 Tng t nh trờn, ta cú: 456 K yu hi ngh khoa hc v cụng ngh ton quc v c khớ - Ln th IV Bng 3.5: H s SN tớnh toỏn cho mi ch s v cp ca ch ct Ra Mc H s SN ca S d H s SN ca n w H s SN ca t 0.3867 0.4100 0.3333 0.4367 0.3967 0.4033 0.4800 0.5233 0.5233 R 0.0933 0.1267 0.1900 Vi di R nh bng 3.5 cú th thy rng mc nh hng ca lng chy dao dc S d , tc quay ca chi tit n w v chiu sõu ct t n nhỏm b mt R a l gn tng ng Do ú cỏc bin S d , n w , t s l cỏc bin iu khin chớnh Nh vy cn xõy dng mụ hỡnh toỏn hc nh sau: R a = f(S d , n w , t, HRC) (3.2) XY DNG Mễ HèNH TON HC NHM B MT Mụ hỡnh toỏn hc cn c xõy dng cú dng nh sau: R a = f(S d , n w , t, HRC) a) Thớ nghim vi thộp 9XC Bng 4.1: iu kin thớ nghim Cỏc mc Khong bin thiờn Yu t Mc trờn +1 Mc c s Mc di -1 Lng chy dao dc S d , m/p 0.5 0.4 0.3 0.1 Tc quay ca chi tit n w , v/p 200 150 100 50 Chiu sõu ct t, mm 0.025 0.015 0.005 0.01 cng vt liu gia cụng, HRC 60 50 40 10 Chn phng ỏn mụ hỡnh húa bc rỳt gn, nhõn t, mi nhõn t thay i theo mc Nh vy s thớ nghim cn thc hin l N = 24 = 16 thớ nghim [2, 3] Mụ hỡnh toỏn hc bc rỳt gn cú dng: y = b0 + b1 x + b2x2 + b3x + b4x4 (4.1) Trong ú: x - l logarit c s e ca lng chy dao dc, S d x - l logarit c s e ca tc quay chi tit, n w x - l logarit c s e ca chiu sõu ct, t x - l logarit c s e ca cng vt liu gia cụng, HRC y - l logarit c s e ca hm nhỏm R a Hoc cú th vit di dng ma trn nh sau: Hay [X].[B]=[Y] (4.2) [XT].[X].[B]= [XT].[Y] (4.3) t [M] = [XT].[X], suy nghim ca h l: [B]=[M-1] [XT].[Y] 457 (4.4) K yu hi ngh khoa hc v cụng ngh ton quc v c khớ - Ln th IV Trong ú: 1 1 1 X= 1 1 1 1.203 0.693 1.203 0.693 1.203 0.693 1.203 0.693 1.203 0.693 1.203 0.693 1.203 0.693 1.203 0.693 4.605 4.605 5.298 5.298 4.605 4.605 5.298 5.298 4.605 4.605 5.298 5.298 4.605 4.605 5.298 5.298 5.298 5.298 5.298 5.298 3.912 3.912 3.912 3.912 5.298 5.298 5.298 5.298 3.912 3.912 3.912 3.912 3.688 1.273 1.171 3.688 1.050 3.688 3.688 0.968 0.635 3.688 3.688 0.528 0.462 3.688 3.688 0.400 ; Y = 1.386 4.094 4.094 1.238 1.139 4.094 1.050 4.094 4.094 0.673 0.598 4.094 4.094 0.545 0.462 4.094 X l ma trn logarit c s e ca S d , n w , t v HRC Y l ma trn ln(R a ) theo bng thc nghim 4.2, R a l giỏ tr trung bỡnh ca nhỏm sau ln o Bng 4.2: Bng quy hoch cỏc thụng s thc nghim vi thộp 9XC Thụng s u vo Bin mó húa STT Bin thc nghim t HRC (mm) Ra (àm) Ln(S d ) Ln(n w ) Ln(t) Ln(HRC) Ln(R a ) X0 X1 X2 X3 X4 Sd nw (m/p) (v/p) +1 -1 -1 -1 -1 0.3 100 0.005 40 0.28 -1.203 4.605 -5.298 3.688 -1.273 +1 +1 -1 -1 -1 0.5 100 0.005 40 0.31 -0.693 4.605 -5.298 3.688 -1.171 +1 -1 +1 -1 -1 0.3 200 0.005 40 0.35 -1.203 5.298 -5.298 3.688 -1.050 +1 +1 +1 -1 -1 0.5 200 0.005 40 0.38 -0.693 5.298 -5.298 3.688 -0.968 +1 -1 -1 +1 -1 0.3 100 0.025 40 0.53 -1.203 4.605 -3.912 3.688 -0.635 +1 +1 -1 +1 -1 0.5 100 0.025 40 0.59 -0.693 4.605 -3.912 3.688 -0.528 +1 -1 +1 +1 -1 0.3 200 0.025 40 0.63 -1.203 5.298 -3.912 3.688 -0.462 +1 +1 +1 +1 -1 0.5 200 0.025 40 0.67 -0.693 5.298 -3.912 3.688 -0.400 +1 -1 -1 -1 +1 0.3 100 0.005 60 0.25 -1.203 4.605 -5.298 4.094 -1.386 10 +1 +1 -1 -1 +1 0.5 100 0.005 60 0.29 -0.693 4.605 -5.298 4.094 -1.238 11 +1 -1 +1 -1 +1 0.3 200 0.005 60 0.32 -1.203 5.298 -5.298 4.094 -1.139 12 +1 +1 +1 -1 +1 0.5 200 0.005 60 0.35 -0.693 5.298 -5.298 4.094 -1.050 13 +1 -1 -1 +1 +1 0.3 100 0.025 60 0.51 -1.203 4.605 -3.912 4.094 -0.673 14 +1 +1 -1 +1 +1 0.5 100 0.025 60 0.55 -0.693 4.605 -3.912 4.094 -0.598 15 +1 -1 +1 +1 +1 0.3 200 0.025 60 0.58 -1.203 5.298 -3.912 4.094 -0.545 16 +1 +1 +1 +1 +1 0.5 200 0.025 60 0.63 -0.693 5.298 -3.912 4.094 -0.462 S dng phn mm MATLAB lp trỡnh v tớnh toỏn cỏc kt qu nh sau: y = 0.8041 + 0.1833x + 0.2572x + 0.4484x - 0.1860x (4.5) Hoc cú th vit di dng hm s m nh sau: R a = 2.2347S d 0.1833n w 0.2572t0.4484 HRC-0.1860 458 (4.6) K yu hi ngh khoa hc v cụng ngh ton quc v c khớ - Ln th IV ỏnh giỏ tớnh phự hp ca phng trỡnh hi quy ỏnh giỏ tớnh phự hp ca phng trỡnh hi quy l ỏnh giỏ mụ hỡnh thu c mụ t thớ nghim ỳng hay cha S dng chun Fisher so sỏnh: F tớnh < F bng (P, k , k ) (4.7) Trong ú: k = N - n - 1; k = N(m - 1) N: s thớ nghim (N = 16) n: s nhõn t nh hng lờn kt qu thớ nghim (n = 4) m: s ln lp li ca thớ nghim (m = 3) Do ú: k = 11; k = 32 F tớnh = Phng sai tng thớch: S2tt = Phng sai tỏi hin: S2tt S2th (4.8) N m (yi y tb )2 N n i=1 S2th = (4.9) N m n S (y ij yi ) = i N=i N(m 1)=i =j (4.10) Trong ú: y i : kt qu thc nghim th i tớnh theo phng trỡnh hi quy yi : giỏ tr trung bỡnh ca m ln thớ nghim thớ nghim th i y ij: giỏ tr ca thớ nghim th i ln lp li th j yi y i : sai s gia lý thuyt v thc nghim thớ nghim th i Vi cỏc kt qu theo bng thc nghim (4.2) v phng trỡnh hi quy (4.7) ta cú: S2tt = 0.0042; S2th = 0.0104 Tra bng theo chun Fisher [4]:F tớnh = 0.4014 < F bng (11, 32, 0.95) 2.1 Nh vy, hm hi quy phự hp vi thc t b) Thớ nghim vi mt s thộp hp kim khỏc Thớ nghim tng t vi cỏc loi thộp hp kim 40X, 65, P18 cho kt qu nh sau: Vi thộp 40X: R a = 2.5098 S d 0.2017n w 0.2347 0.4355 t HRC-0.1844 (4.11) Vi thộp 65: R a = 1.8515 S d 0.1453n w 0.2545 0.4337 HRC-0.1518 (4.12) Vi thộp P18: R a = 2.2463S d 0.1559n w HRC-0.1605 (4.13) t 0.2204 0.4277 t KT LUN ó s dng phng phỏp thit k thc nghim Taguchi ỏnh giỏ mc nh hng ca cỏc thụng s ch ct v vt liu gia cụng n nhỏm b mt mi trũn ngoi thộp hp kim ó xõy dng c cỏc mụ hỡnh toỏn hc ca nhỏm b mt ph thuc vo cỏc thụng s nh hng chớnh mi mt s loi thộp hp kim Cỏc kt qu cho thy nhỏm b mt t l thun vi cỏc thụng s ch ct v t l nghch vi cng ca vt liu gia cụng, quy lut ph thuc i vi cỏc loi thộp hp kim tng t nh Cỏc mụ hỡnh toỏn hc xõy 459 K yu hi ngh khoa hc v cụng ngh ton quc v c khớ - Ln th IV dng c s cho phộp iu khin nhỏm b mt theo cỏc thụng s S d , n w , t vi cỏc loi thộp hp kim trờn v mi cng khỏc Khi cng cng cao thỡ kh sõm nhp ca ỏ mi cng gim dn ti lc ct tng, õy chớnh l nguyờn nhõn gõy hin tng ct khụng ht chiu sõu ct Nh vy cng vt liu cao phự hp trng hp mi tinh vi chiu sõu ct nh Khi mi thụ thỡ cn cú cng nh tng chiu sõu ct nhm tha v nng sut gia cụng õy chớnh l mc tiờu cn t c cho mi cụng on ca quỏ trỡnh gia cụng Cỏc kt qu ny s l c s xõy dng bi toỏn ti u húa quỏ trỡnh mi trũn ngoi cỏc loi thộp hp kim nhm t nhỏm b mt v nõng cao nng sut gia cụng, cho phộp la chn mt ch ct ti u gia cụng cỏc loi thộp hp kim trờn mỏy mi trũn ngoi TI LIU THAM KHO [1] Nguyn c Lc, Lờ Vn Tin, Ninh c Tn, Trn Xuõn Vit (2010) S tay cụng ngh ch to mỏy NXB Khoa hc & k thut [2] Nguyn Doón í (2009) X lý s liu thc nghim k thut NXB Khoa hc & k thut [3] Trn Vn ch (2003) Nghiờn cu chớnh xỏc gia cụng bng thc nghim NXB Khoa hc & k thut [4] Roy, Ranjit K, John Wiley & Sons Design of Experiments Using the Taguchi Approach, 16 Steps to Product and Process Improvement, Inc (US) [5] W.Brian Rowe (2009) Principles of Modern Grinding Technology William Andrew Publishing 460