Nghiên cứu xác định một số thông số của quá trình gia công khi mài vô tâm thép 20x thấm các bon nhằm cải thiện độ không tròn và độ nhám bề mặt

2.12 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐỖ ĐỨC TRUNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH GIA CÔNG KHI MÀI VÔ TÂM THÉP 20X THẤM CÁC BON NHẰM CẢI THIỆN ĐỘ KHÔNG TRÒN VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN – NĂM 2016 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐỖ ĐỨC TRUNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 62.52.01.03 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH GIA CÔNG KHI MÀI VÔ TÂM THÉP 20X THẤM CÁC BON NHẰM CẢI THIỆN ĐỘ KHÔNG TRÒN VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHAN BÙI KHÔI TS NGÔ CƯỜNG THÁI NGUYÊN – NĂM 2016 ii LỜI CAM ĐOAN Tác giả luận án xin cam đoan: Những kết nghiên cứu trình bày luận án (trừ điểm trích dẫn) hoàn toàn thân tự nghiên cứu, không chép hay nguồn Các vẽ, bảng biểu, kết đo đạc thí nghiệm kết tính toán (trừ điểm trích dẫn) thực nghiêm túc, trung thực, không chỉnh sửa chép nguồn Nếu có điều sai trái, tác giả luận án xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận án Đỗ Đức Trung iii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới PGS TS Phan Bùi Khôi TS Ngô Cường, người thầy tận tình hướng dẫn động viên nhiều năm tháng học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể Khoa Cơ khí, vị lãnh đạo Nhà Khoa học Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên quan tâm, giúp đỡ đóng góp ý kiến để hoàn thành luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu Trường Cao đẳng Kinh tế – Kỹ thuật, phòng ban chức quan tâm tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Nhà khoa học Hội đồng đánh giá luận án TS cấp sở (PGS-TS Phan Quang Thế; GS-TSKH Bành Tiến Long; PGS-TS Nguyễn Thị Phương Mai; PGS-TS Nguyễn Quốc Tuấn; PGS-TS Vũ Ngọc Pi; PGS-TS Hoàng Vị; PGS-TS Nguyễn Đình Mãn) góp ý thẳng thắn, chân thành để luận án hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn GS W Brian Rowe – Đại học Liverpool John Moores (Anh), cố GS Steven Malkin – Đại học Masachusetts (Mỹ), GS Yongbo Wu – Đại học Akita (Nhật Bản), GS Kang Kim – Đại học Kookmin (Hàn Quốc), GS Noyan Turkkan - Đại học Dé Moncton (Canada) cho ý kiến quí báu, cho tài liệu vô quí giá cho nhiều động lực trình thực luận án Từ đáy lòng mình, xin bày tỏ biết ơn chân thành tới Công ty Cổ phần Cơ khí Phổ Yên – Thái Nguyên (FOMECO) giúp đỡ tiến hành thí nghiệm cho nội dung nghiên cứu luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp gia đình, đặc biệt người vợ Nguyễn Thị Hằng trai Đỗ Đức Bảo quan tâm, động viên giúp vượt qua khó khăn trình học tập hoàn thành luận án Thái Nguyên, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận án Đỗ Đức Trung iv MỤC LỤC NỘI DUNG PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đối tượng nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa đề tài 6.1 Ý nghĩa khoa học 6.2 Ý nghĩa thực tiễn Chương TỔNG QUAN VỀ MÀI VÔ TÂM 1.1 Ưu - nhược điểm, phạm vi ứng dụng phương pháp mài vô tâm 1.1.1 Ưu - nhược điểm 1.1.2 Phạm vi ứng dụng 1.2 Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hướng kính 1.3 Một số thông số trình mài vô tâm chạy dao hướng kính 1.3.1 Góc cao tâm chi tiết 1.3.2 Lượng chạy dao hướng kính 1.3.3 Vận tốc đá mài 1.3.4 Vận tốc chi tiết 1.3.5 Sửa đá mài 1.3.6 Sửa đá dẫn 1.3.7 Thanh tỳ 1.4 Một số dạng sai số mài vô tâm chạy dao hướng kính nguyên nhân 1.4.1 Sai số mặt cắt ngang 1.4.2 Sai số theo phương dọc trục 1.4.3 Khuyết tật bề mặt gia công 1.4.4 Kích thước đường kính không ổn định 1.5 Ảnh hưởng số yếu tố đến độ không tròn bề mặt chi tiết 1.5.1 Xu hướng nghiên cứu độ không tròn bề mặt chi tiết 1.5.2 Ảnh hưởng phương pháp sửa đá dẫn 1.5.3 Ảnh hưởng độ xác biên dạng đá dẫn 1.5.4 Ảnh hưởng số thông số công nghệ thông số sửa đá 1.6 Ảnh hưởng số yếu tố đến nhám bề mặt Trang 1 3 5 7 7 9 10 10 11 11 11 13 13 13 15 16 17 18 18 19 20 20 25 v 1.6.1 Xu hướng nghiên cứu nhám bề mặt 1.6.2 Ảnh hưởng phương pháp mài phương pháp sửa đá mài 1.6.3 Ảnh hưởng số thông số công nghệ thông số sửa đá 1.7 Xu hướng nghiên cứu mô trình mài vô tâm 1.8 Tối ưu trình mài Kết luận chương Chương MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH MÀI VÔ TÂM CHẠY DAO HƯỚNG KÍNH 2.1 Đặt vấn đề 2.2 Một số phương pháp mô trình mài vô tâm chạy dao hướng kính 2.2.1 Phương pháp mô Rowe Barash - số ứng dụng 2.2.1.1 Phương pháp mô Rowe Barash 2.2.1.2 Một số nghiên cứu ứng dụng phương pháp mô Rowe Barash 2.2.2 Phương pháp mô Krajnik cộng 2.3 Mô dự đoán độ không tròn bề mặt chi tiết mài vô tâm chạy dao hướng kính 2.3.1 Xác định mối quan hệ αg, βG với thông số hình học hệ thống công nghệ 2.3.2 Phương pháp xác định độ không tròn 2.3.3 Xây dựng thuật toán 2.3.4 Các thông số đầu vào 2.3.5 Đánh giá độ xác thuật toán chương trình mô 2.3.6 So sánh với kết thực nghiệm Kết luận chương Chương MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 3.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 3.1.1 Chọn tiêu đánh giá 3.1.2 Chọn thông số đầu vào 3.1.3 Các yếu tố điều khiển 3.1.4 Nhiễu mài vô tâm chạy dao hướng kính 3.2 Xây dựng hệ thống thí nghiệm 3.2.1 Yêu cầu chung hệ thống thí nghiệm 3.2.2 Máy thí nghiệm 3.2.3 Mẫu thí nghiệm 25 26 26 29 30 31 33 33 33 33 33 39 41 47 48 49 49 54 56 60 64 65 65 66 66 68 69 69 69 70 70 vi 3.2.4 Đá thí nghiệm 3.2.5 Sửa đá 3.2.6 Dung dịch trơn nguội 3.2.7 Thiết bị đo Kết luận chương Chương TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THÔNG SỐ KHI MÀI VÔ TÂM CHẠY DAO HƯỚNG KÍNH 4.1 Thí nghiệm tối ưu hóa 4.1.1 Thí nghiệm khởi đầu 4.1.1.1 Giá trị mức biến thí nghiệm khởi đầu 4.1.1.2 Ma trận thí nghiệm khởi đầu 4.1.2 Thí nghiệm bề mặt tiêu 4.1.2.1 Chọn kế hoạch thí nghiệm 4.1.2.2 Mô hình hồi qui thực nghiệm 4.1.2.3 Ma trận thí nghiệm CCD 4.2 Thí nghiệm theo kế hoạch CCD 4.2.1 Giá trị mức thông số thí nghiệm 4.2.2 Kết thí nghiệm 4.2.3 Phân tích kết 4.2.3.1 Phân tích mô hình độ không tròn 4.2.3.2 Phân tích mô hình nhám bề mặt 4.3 Tối ưu hóa 4.3.1 Thông số tối ưu 4.3.2 Ràng buộc 4.3.3 Thuật toán tối ưu 4.3.4 Mẫu thí nghiệm 4.3.5 Tối ưu hóa hàm mục tiêu Δ 4.3.5.1 Sử dụng thuật toán GRG 4.3.5.2 Sử dụng thuật toán GA 4.3.5.3 Thí nghiệm so sánh kết thuật toán tối ưu hàm mục tiêu độ không tròn 4.3.6 Tối ưu hóa hàm mục tiêu Ra 4.3.6.1 Sử dụng thuật toán GRG 4.3.6.2 Sử dụng thuật toán GA 4.3.6.3 Thí nghiệm so sánh kết thuật toán tối ưu hàm mục tiêu nhám bề mặt 71 72 72 72 74 75 75 76 76 77 81 81 81 82 83 83 84 85 85 88 90 90 90 91 91 92 92 92 94 97 97 97 99 vii 4.3.7 Tối ưu đa mục tiêu 4.3.7.1 Sử dụng thuật toán GRG 4.3.7.2 Sử dụng thuật toán GA 4.3.7.3 Thí nghiệm so sánh kết thuật toán tối ưu hàm đa mục tiêu Kết luận chương KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 102 102 103 104 109 111 113 115 130 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị Độ không tròn µm  MP Độ không tròn mô µm TN Độ không tròn thí nghiệm µm Ra Sai lệch số học trung bình profin - Độ nhám µm  Góc xoay ụ đá dẫn mặt phẳng thẳng đứng Độ d dm rdm Đường kính, bán kính đá mài mm d dd , rdd Đường kính, bán kính đá dẫn mm d ct , rct Đường kính, bán kính chi tiết mm h Chiều cao tâm chi tiết so với đường thẳng nối tâm đá mài tâm đá dẫn mm  Góc nghiêng bề mặt tỳ so với phương ngang Độ  Góc cao tâm chi tiết Độ Sk Lượng chạy dao hướng kính S sd Lượng chạy dao dọc sửa đá mài mm/ph S sd* Lượng chạy dao dọc sửa đá dẫn mm/ph tsd Chiều sâu sửa đá mài mm tsd* Chiều sâu sửa đá dẫn mm vdm Vận tốc đá mài m/s vdd Vận tốc đá dẫn m/ph vct Vận tốc chi tiết m/ph hd Chiều cao gá đĩa sửa đá dẫn so với tâm đá dẫn mm d Góc xoay thước sửa đá dẫn mặt phẳng song song với mặt phẳng tiếp tuyến bề mặt đá dẫn điểm tiếp xúc bề mặt đá dẫn dụng cụ sửa đá Độ  Góc xác định vị trí tức thời chi tiết gia công Độ g Góc hợp pháp tuyến chung bề mặt đá mài – bề mặt chi tiết pháp tuyến chung bề mặt tỳ bề mặt chi tiết Độ  µm/s ix Sai số bề mặt phôi mm Lb , Lr Lượng dịch chuyển tâm chi tiết theo phương vuông góc với bề mặt đá mài điểm tiếp xúc với bề mặt đá mài mm S k ( ) Quãng đường chạy dao hướng kính tính đến thời điểm chi tiết quay góc  mm R( ) Lượng giảm bán kính lý thuyết chi tiết thời điểm chi tiết quay góc  mm r( ) Lượng giảm bán kính thực tế chi tiết thời điểm chi tiết quay góc  mm M Hệ số đàn hồi hệ thống công nghệ tdc Chiều sâu cắt điều chỉnh mm ttt Chiều sâu cắt thực tế mm az Lượng dư gia công (tính theo bán kính) mm Gn Mức độ ổn định hình học b , r Độ lớn vấu lồi hình thành bề mặt chi tiết mm xct , yct Lượng dịch tâm chi tiết mm xud (t ) Lượng dịch chuyển ụ đá theo phương pháp tuyến với bề mặt chi tiết điểm tiếp xúc với bề mặt đá sau khoảng thời gian t mm Khối lượng chi tiết kg Thành phần lực pháp tuyến bề mặt đá mài, đá dẫn tỳ điểm tiếp xúc với chi tiết N Thành phần lực tiếp tuyến bề mặt đá mài, đá dẫn tỳ điểm tiếp xúc với chi tiết N G Góc hợp pháp tuyến chung bề mặt đá mài – bề mặt chi tiết pháp tuyến chung bề mặt đá dẫn – bề mặt chi tiết Độ K dm , K dd , K tt Độ cứng đàn hồi bề mặt đá mài, bề mặt đá dẫn bề mặt tỳ N/m cdm , cdd , ctt Hệ số giảm chấn bề mặt đá mài, bề mặt đá dẫn bề mặt tỳ Ns/m Arctn mct Fndm , Fndd , tt n F Ft dm , Ft dd , Ft tt dm Hệ số ma sát bề mặt chi tiết với bề mặt đá mài - 144 - jmax = For j = To m If r(j) > rmax Then rmax = r(j) jmax = j End If If r(j) < rmin Then rmin = r(j) End If Next j For j = jmax To m rp(j - jmax) = r(j) Next j For j = To jmax rp(m + j - jmax) = r(j) Next j For j = To m Cells(j + 2, 5) = 360 * j / m Cells(j + 2, 6) = rp(j) Next j Worksheets("DO ON DINH").Activate Cells(3, 1) = af(0) = For j = To m - af(0) = af(0) + r(j) Next j af(0) = af(0) / m Cells(3, 2) = af(0) For i = To 72 Cells(i + 3, 1) = i af(i) = bf(i) = For j = To m - - 145 - af(i) = af(i) + r(j) * Cos(2 * i * j * Pi / m) bf(i) = bf(i) + r(j) * Sin(2 * i * j * Pi / m) Next j af(i) = * af(i) / m bf(i) = * bf(i) / m Cells(i + 3, 2) = Sqr(af(i) ^ + bf(i) ^ 2) Cells(i + 3, 3) = Atn(af(i) / bf(i)) * 180 / Pi Cells(i + 3, 4) = + (Sin(alfa) * Cos(i * beta) - Sin(beta) * Cos(i * alfa)) / Sin(beta - alfa) Next i Worksheets("HINH DANG CHI TIET").Activate Range("A2:E3602").ClearContents For j = To m Cells(j + 2, 1) = (0.25 * (r(j) - af(0)) / (rmax - af(0)) + 1) * af(0) Cells(j + 2, 2) = rct Next j Cells(1, 5) = (rmax - rmin) * 1000 line100: End Sub 'Tiep tuc Function a(a0, ta, t) As Double If t < ta Then a = a0 * t / ta Else a = a0 End If End Function 'Tiep tuc Function da(a0, ta) As Double If t < ta Then da = a0 / ta Else da = - 146 - End If End Function 'Tiep tuc Sub r_fi(i, r, dr, rct, rdm, gms0, m, x, nct, a0, ta) Dim d, t0, rmax, rp, xp As Double Dim j, jp, jn, jm, k As Integer Pi = * Atn(1) t0 = 60 / nct k = Int(i / m) rmax = r(0) d = rdm + rct - x(i) - a(a0, ta, t0 * i / m) * Cos(gms0) For j = To m If r(j) > rmax Then rmax = r(j) End If Next j xp = (d ^ - rdm ^ + rmax ^ 2) / (2 * d * rmax) If xp >= Then jm = Else jm = Int(Atn(Sqr(1 - xp ^ 2) / xp) * m / (2 * Pi)) + End If For j = To jm rp = d * Cos(j * * Pi / m) - Sqr(rdm ^ - d ^ * Sin(j * * Pi / m) ^ 2) jp = k * m + m - i + j If jp > m Then jp = jp - m End If jn = k * m + m - i - j If jn rp Then - 147 - r(jp) = rp End If If r(jn) > rp Then r(jn) = rp End If Next j r(0) = r(m) For j = To jm jp = k * m + m - i + j If jp > m Then jp = jp - m End If jn = k * m + m - i - j If jn [...]... nghiệm quá trình mài vô tâm chạy dao hướng kính 4 Xây dựng mối quan hệ giữa một số thông số của quá trình mài với độ không tròn, độ nhám bề mặt 5 Nghiên cứu các thuật toán để xác định giá trị tối ưu của một số thông số của quá trình mài vô tâm 6 Nghiên cứu thực nghiệm để so sánh kết quả của các thuật toán tối ưu đã sử dụng 5 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá. .. gia công thử - Giảm (cải thiện) độ không tròn của bề mặt chi tiết gia công - Giảm (cải thiện) độ nhám của bề mặt chi tiết gia công 4 Nội dung nghiên cứu Để đạt được những mục đích kể trên, nội dung nghiên cứu gồm: -4- 1 Nghiên cứu tổng quan về mài vô tâm 2 Nghiên cứu mô phỏng quá trình mài vô tâm để biểu diễn quan hệ giữa các thông số của quá trình mài với hình dạng hình học của sản phẩm 3 Nghiên cứu. .. phương pháp xác định thuận lợi các thông số hợp lý của quá trình mài cho phép giảm thời gian điều chỉnh máy - thời gian gia công thử; giảm độ không tròn của bề mặt chi tiết khi mài vô tâm chạy dao hướng kính 3 Xây dựng mô hình độ không tròn, độ nhám của bề mặt chi tiết với một số thông số của quá trình gia công làm cơ sở cho việc điều khi n hay tối ưu quá trình mài 4 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết... các bon nhằm cải thiện độ không tròn và độ nhám bề mặt 2 Đối tượng nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu công nghệ mài vô tâm chạy dao hướng kính với đối tượng thực nghiệm là loại thép 20X thấm các bon 3 Mục đích nghiên cứu Mục đích của nghiên cứu là tìm ra phương pháp lựa chọn, điều chỉnh một số thông số của quá trình mài vô tâm chạy dao hướng kính nhằm: - Giảm thời gian điều chỉnh máy và thời gian... quá trình mài vô tâm và các kết quả nghiên cứu về mài vô tâm đã được công bố để xác định hướng nghiên cứu về phương pháp mài vô tâm đang được các nhà khoa học quan tâm Phân tích những vấn đề còn phải tiếp tục nghiên cứu, từ đó xác định được đối tượng, mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận án - Nghiên cứu mô phỏng: Nghiên cứu mô hình hóa - mô phỏng quá trình mài và một số phương pháp mô phỏng quá trình. .. tròn và độ nhám bề mặt chi tiết Ở Việt Nam, thông qua việc tìm kiếm trên internet cho thấy: trên các tạp chí khoa học và công nghệ trong những năm gần đây, ngoài một số công bố của tác giả và cộng sự thì chưa thấy có nghiên cứu nào về mài vô tâm được công bố Những đặc điểm nêu trên là định hướng cho việc chọn đề tài: Nghiên cứu xác định một số thông số của quá trình gia công khi mài vô tâm thép 20X thấm. .. tròn của bề mặt chi tiết Từ số liệu thống kê một số nghiên cứu về độ không tròn của bề mặt chi tiết khi mài vô tâm đã công bố từ năm 1964 đến 2015 (phụ lục 2), ta xây dựng được biểu đồ như hình 1.14 Quan sát hình 1.14 cho thấy: số lượng các công trình nghiên cứu về độ không tròn của bề mặt chi tiết khi mài vô tâm trong các giai đoạn tăng dần theo thời gian Riêng trong giai đoạn 2005 ÷ 2015 số lượng nghiên. .. trong giai đoạn 2005  2015 số nghiên cứu về mài vô tâm được công bố chiếm tới 57% số nghiên cứu từ 1964 đến 2015 - Các công bố về mài vô tâm thường được thực hiện thông qua nghiên cứu mô hình hóa - mô phỏng, nghiên cứu thực nghiệm và nghiên cứu tối ưu để tìm ra giá trị hợp lý (tối ưu) cho các thông số của quá trình gia công nhằm giảm thời gian điều chỉnh máy - thời gian gia công thử, giảm độ không tròn. .. khi n quá trình mài vô tâm vẫn chọn các thông số của quá trình gia công (thông số công nghệ, thông số sửa đá,…) theo kinh nghiệm của người thợ, theo phương pháp đo dò cắt thử hay sử dụng các thông số của quá trình gia công được chọn trong các bảng tra (phương -2- pháp thống kê kinh nghiệm) Bên cạnh đó, việc điều chỉnh - lựa chọn giá trị của các thông số để gia công chi tiết có độ không tròn, độ nhám. .. Sai số trên mặt cắt ngang a) Độ không tròn Hình 1.6 Độ không tròn [14], [56], [88] - 14 - Độ không tròn của bề mặt chi tiết () là khoảng cách lớn nhất từ các điểm của profin thực tới vòng tròn áp [14], [56], [88] (hình 1.6) Độ không tròn của bề mặt chi tiết gia công do các nguyên nhân chính sau gây nên [17]: -  quá nhỏ,  không phù hợp - vct quá thấp - Sai số hình dáng và độ không tròn của bề mặt