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 (TT)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN - Công trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: ĐỖ ĐỨC TRUNG - PGS.TS Phan Bùi Khôi - TS Ngô Cường Phản biện 1:…………………………………… 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 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 62.52.01.03 Phản biện 2:…………………………………… Phản biện 3:…………………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Đại học TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên họp tại……………………………………………… Vào hồi…… giờ…… tháng…… năm…… Có thể tìm hiểu luận án thư viện Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên THÁI NGUYÊN - 2016 -1- -2- PHẦN MỞ ĐẦU gia công chọn bảng tra Bên cạnh đó, việc điều chỉnh - lựa chọn giá trị thông số để gia công chi tiết có Δ Ra đạt giá trị nhỏ thường gặp nhiều khó khăn tốn nhiều thời gian thợ có tay nghề cao Những lý thường làm hạn chế việc cải thiện Δ Ra bề mặt chi tiết; hạn chế việc nâng cao hiệu trình MVT Thép 20X thuộc loại thép hợp kim thấp sử dụng rộng rãi ngành chế tạo máy Loại thép dùng phổ biến (ở trạng thái thấm bon tôi) để chế tạo số loại chi tiết động cơ, đồ định vị,… với phương pháp MVT chọn để gia công tinh bề mặt trụ yêu cầu độ xác cao Mặc dù nghiên cứu nhiều Nhà khoa học, đến cho thấy MVT nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu Theo số liệu thống kê số nghiên cứu MVT công bố từ năm 1964 đến 2015 cho thấy: Số lượng nghiên cứu MVT công bố giai đoạn tăng dần theo thời gian tăng nhanh năm gần đây; tạp chí khoa học công nghệ nước năm gần đây, số nghiên cứu tác giả cộng chưa thấy có nghiên cứu MVT công bố Những đặc điểm nêu định hướng cho việc chọn đề tài: “Nghiên cứu xác định số thông số trình gia công mài vô tâm thép 20X thấm bon nhằm cải thiện độ không tròn độ nhám bề mặt” Tính cấp thiết đề tài Trong gia công khí, mài vô tâm (MVT) phương pháp sử dụng phổ biến, phương pháp có suất cao nhiều lần so với mài có tâm nhờ thời gian gá đặt tháo dỡ chi tiết ít; độ cứng vững máy MVT cao so với máy mài có tâm Khi MVT bề mặt trụ ngoài, chi tiết định vị bề mặt gia công nên giảm bớt lượng dư gia công; nâng cao chế độ mài (tốc độ chi tiết) gia công chi tiết có đường kính nhỏ với tỷ lệ chiều dài/đường kính (l / d ) lớn so với phương pháp mài có tâm chi tiết gá tỳ đá dẫn có độ cứng vững cao; sử dụng đá có chiều dày lớn giảm đáng kể số lần chạy dao dọc Đối với phương pháp MVT chạy dao hướng kính, gia công bề mặt ngoài: gia công chi tiết dạng bậc, chi tiết dạng côn nhiều chi tiết đồng thời Ngoài ra, phương pháp sử dụng để gia công chi tiết có hình dáng, kích thước định mà phương pháp khác (tiện, mài tròn ngoài,…) khó thực đội xupap, piston, bi côn,… Cũng phương pháp gia công cắt gọt khác, chất lượng gia công tinh bề mặt trụ phương pháp mài đánh giá qua nhiều thông số Trong đó, độ không tròn (Δ) độ nhám (Ra) bề mặt chi tiết hai số thông số kỹ thuật quan trọng có ảnh hưởng lớn đến khả làm việc chi tiết Cơ chế hình thành Δ Ra bề mặt chi tiết MVT thường phức tạp phụ thuộc nhiều vào yếu tố (chế độ cắt, chế độ sửa đá, công nghệ trơn nguội) yếu tố hệ thống công nghệ (thông số hình học, độ cứng vững, đặc tính tiếp xúc, ) Hiện nay, nhiều sở sản xuất điều khiển trình MVT chọn thông số trình gia công (thông số công nghệ, thông số sửa đá,…) theo kinh nghiệm người thợ, theo phương pháp đo dò cắt thử hay sử dụng thông số trình Đối tượng nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu công nghệ MVT chạy dao hướng kính với đối tượng thực nghiệm loại thép 20X thấm bon Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu tìm phương pháp lựa chọn, điều chỉnh số thông số trình MVT chạy dao hướng kính nhằm: Giảm thời gian điều chỉnh máy - thời gian gia công thử; giảm Δ Ra bề mặt chi tiết gia công -3- -4- Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan MVT Nghiên cứu mô trình MVT để biểu diễn quan hệ thông số trình mài với hình dạng hình học sản phẩm Nghiên cứu thực nghiệm trình MVT chạy dao hướng kính Xây dựng mối quan hệ số thông số trình mài với Δ Ra Nghiên cứu thuật toán để xác định giá trị tối ưu cho số thông số trình MVT Nghiên cứu thực nghiệm để so sánh kết thuật toán tối ưu sử dụng Phương pháp nghiên cứu Đề tài thực thông qua việc kết hợp nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu mô phỏng, nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu tối ưu Ý nghĩa đề tài Ý nghĩa khoa học Xây dựng thuật toán chương trình máy tính mô trình MVT chạy dao hướng kính Xây dựng phương pháp xác định thuận lợi thông số hợp lý trình mài cho phép giảm thời gian điều chỉnh máy thời gian gia công thử; giảm Δ bề mặt chi tiết MVT chạy dao hướng kính Xây dựng mô hình Δ Ra bề mặt chi tiết với số thông số trình gia công làm sở cho việc điều khiển trình mài Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu mô phỏng, nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu tối ưu trình mài trình bày luận án tạo sở khoa học để áp dụng nghiên cứu trình mài ứng với điều kiện khác Ý nghĩa thực tiễn Sử dụng thuật toán chương trình mô cho phép đảm bảo cải thiện Δ bề mặt chi tiết gia công; giảm thời gian điều chỉnh máy - thời gian gia công thử Tính gia công vật liệu phụ thuộc nhiều vào thành phần hóa học vật liệu gia công Do đó, kết nghiên cứu mài tinh thép 20X thấm bon, việc áp dụng để mài tinh thép 20X thấm bon dùng để tham khảo MVT loại vật liệu có thành phần hóa học lớp bề mặt gần giống thành phần hóa học vật liệu lớp bề mặt thép 20X thấm bon Việc áp dụng kết nghiên cứu vào thực tế sản xuất góp phần nâng cao hiệu kinh tế - kỹ thuật trình MVT Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI VÔ TÂM Trong chương tập trung nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp MVT chạy dao hướng kính; nghiên cứu công bố MVT liên quan đến nội dung sau: - Ảnh hưởng số yếu tố đến Δ - Ảnh hưởng số yếu tố đến Ra - Xu hướng nghiên cứu mô trình MVT - Tối ưu trình mài Sau rút số kết luận: Kết luận chương 1 Các nghiên cứu MVT công bố gần thường tập trung vào việc mô hình hóa – mô phỏng, tối ưu hóa điều khiển trình mài Các nghiên cứu thường hướng tới mục tiêu: Giảm thời gian điều chỉnh máy - thời gian gia công thử; giảm Δ Ra bề mặt chi tiết -5- -6- Để giảm Δ Ra bề mặt chi tiết, tác giả thường tập trung vào nghiên cứu điều chỉnh - lựa chọn giá trị thông số: Góc hợp hai tiếp tuyến bề mặt chi tiết điểm tiếp xúc chi tiết với đá mài, tiếp xúc chi tiết với đá dẫn gọi góc cao tâm chi tiết (β); lượng chạy dao dọc sửa đá mài (Ssd); lượng chạy dao hướng kính (Sk) vận tốc đá dẫn (vdd) Giá trị thông số β, Ssd, Sk, vdd sử dụng nghiên cứu công bố cho điều kiện gia công cụ thể; công thức hướng dẫn xác định giá trị β giá trị tối ưu thông số số điều kiện cụ thể Chưa thấy công bố tiến hành xây dựng đồng thời mối quan hệ thông số β , Ssd, Sk, vdd với hai thông số Δ Ra bề mặt chi tiết Trên tạp chí khoa học công nghệ nước năm gần chưa thấy có nghiên cứu MVT công bố (ngoài số nghiên cứu tác giả cộng sự) Nghiên cứu thuật giải tối ưu để tìm giá trị thông số β, Ssd, Sk, vdd đảm bảo bề mặt gia công có Δ Ra nhỏ Từ đó, xác định số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu MVT thời gian gia công thử, góp phần giảm chi phí cho trình gia công là: Nghiên cứu mô hình hóa - mô trình mài để biểu diễn quan hệ thông số trình mài với hình dạng hình học sản phẩm Từ cho phép xác định giá trị hợp lý số thông số công nghệ, góp phần làm giảm thời gian điều chỉnh máy - thời gian gia công thử Sử dụng kết hợp kết mô hình hóa - mô với việc triển khai nghiên cứu thực nghiệm, xây dựng mối quan hệ thông số β, Ssd, Sk, vdd với Δ Ra Áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm với công cụ toán học tin học đại, phần mềm máy tính cho việc chọn giá trị thông số β, Ssd, Sk, vdd thỏa mãn yêu cầu Δ Ra Với đối tượng thực nghiệm thép 20X thấm bon, kết nghiên cứu có ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn Chương 2: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH MÀI VÔ TÂM CHẠY DAO HƯỚNG KÍNH Đặt vấn đề MVT trình gia công phức tạp, Δ bề mặt chi tiết gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố Việc điều chỉnh hệ thống công nghệ với số lượng lớn thông số để gia công chi tiết có Δ nhỏ công việc phức tạp, tốn nhiều thời gian thợ có tay nghề cao Mô trình MVT để dự đoán khoảng giá trị thông số công nghệ đảm bảo bề mặt chi tiết gia công có Δ nhỏ trường hợp cụ thể giảm thời gian điều chỉnh máy nâng cao chất lượng sản phẩm Một số phương pháp mô trình mài vô tâm chạy dao hướng kính Trong phần này, tiến hành nghiên cứu hai phương pháp mô trình MVT chạy dao hướng kính công bố tạp chí Quốc tế có uy tín cao, bao gồm: * Rowe Barash (1964) nghiên cứu mô trình MVT chạy dao hướng kính thông qua việc phân tích động học chi tiết với mô hình hình 2.1 để xây dựng phương trình sở cho trình mô (phương trình 2.7) -7- -8trị M trường hợp thường gặp nhiều khó khăn Một số tác giả nghiên cứu áp dụng phương pháp Rowe Barash (1964) thường không xác định giá trị M điều kiện gia công họ, mà chọn M trị số cụ thể, làm cho kết mô thường chưa sát với thí nghiệm (cả trị số Δ qui luật ảnh hưởng thông số công nghệ đến Δ) * Krajnik cộng (2008) nghiên cứu mô trình MVT chạy dao hướng kính thông qua việc phân tích động lực học Hình 2.1 Mô hình xây dựng phương trình sở cho chương trình mô   sin  g sin  r( )  M  Sk ( )  r(  g )  r(    )  r(  2 )   r(  2 ) sin( g   ) sin( g   )   chi tiết gia công với sơ đồ hình 2.5 Từ họ đưa phương trình 2.8 đến phương trình 2.20 (2.7) Phương pháp mô Rowe Barash (1964) cho phép nhập 10 thông số đầu vào (bảng 2.2) Bảng 2.2 Các thông số đầu vào chương trình mô TT 10 Rowe Barash (1964) Thông số Hệ số đàn hồi hệ thống công nghệ Lượng chạy dao hướng kính Đường kính đá mài Đường kính đá dẫn Đường kính chi tiết Chiều cao hay góc cao tâm chi tiết Góc nghiêng bề mặt tỳ Sai số bề mặt phôi Vận tốc đá dẫn Lượng dư gia công Ký hiệu M Sk ddm ddd dct h, β γ Δb, Δr vdd az Trong phương pháp Rowe Barash (1964), hệ số đàn hồi M có ảnh hưởng lớn đến Δ bề mặt chi tiết Tuy nhiên việc xác định giá Hình 2.5 Sơ đồ phân tích động lực học chi tiết gia công mct  xct (t )  Fndm  Fntt cos  g  Ft tt sin  g  Fndd cos G  Ft dd sin G (2.8) mct yct (t )  Ft dm  Fntt sin  g  Ft tt cos  g  Fndd sin  G  Ft dd cos  G (2.9) Fndm rct    kdm ( xud (t )  xct (t )  rct (t , 0))  cdm  xud (t )  xct (t )  (t , 0)  t   (2.10) -9- - 10 - Ft dm   dm Fndm (2.11) Fntt  k tt (  x ct (t ) cos  g  y ct (t ) sin  g  rct (t ,  g ))  (2.12) rct   c tt   x ct (t ) cos  g  y ct (t ) sin  g  (t ,  g )  t   Ft tt  tt Fntt dd n F (2.13)  k dd ( xct (t ) cos  G  yct (t ) sin  G  rct (t ,  G ))  (2.14) rct   cdd   xct (t ) cos  G  y ct (t ) sin  G  (t ,  G )   t   Ft dd  tt Fntt  dm Fndm (2.15) rct ( )  (rct* ( ) cos   xct ( ) )  ( rct* ( ) sin   yct ( ) ) (2.16) 2  rct3( ) cos( )d xct ( )  (2.17) 2 ct ( ) 3 r d Hình 2.6 Sơ đồ khối phương pháp mô Krajnik cộng (2008) 2  rct3( ) sin( )d yct ( )  Phương pháp mô Krajnik cộng (2008) cho phép (2.18) 2  rct2( ) d 2 N  2 N  Arctn    rct ( ) sin(n )     rct ( ) cos(n )   N  1   N  1  sin( ).cos( n. G )  sin(  G ) cos( n. ) Gn   sin(  G   ) (2.19) (2.20) Từ phương trình Krajnik cộng (2008) xây dựng sơ đồ khối thuật toán hình 2.6 để dự đoán thông số đầu chương trình mô bao gồm: Mức độ ổn định hình học (Gn), độ lớn vấu lồi bề mặt chi tiết (Arctn), lượng dịch tâm chi tiết (xct; yct) hình dạng chi tiết (rct(θ)) nhập 18 thông số đầu vào (bảng 2.3) Bảng 2.3 Các thông số đầu vào chương trình mô theo phương pháp Krajnik cộng (2008) TT Thông số Ký hiệu Bán kính đá mài rdm Bán kính chi tiết rct Chiều cao tâm chi tiết h Góc hợp pháp tuyến chung bề mặt chi tiết - bề mặt đá mài pháp tuyến chung bề αg mặt chi tiết - bề mặt tỳ Góc hợp pháp tuyến chung bề mặt chi βG tiết - bề mặt đá mài pháp tuyến chung bề mặt chi tiết - bề mặt đá dẫn Khối lượng chi tiết mct Độ cứng đàn hồi bề mặt đá mài Kdm Độ cứng đàn hồi bề mặt tỳ Ktt - 11 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Độ cứng đàn hồi bề mặt đá dẫn Hệ số giảm chấn bề mặt đá mài Hệ số giảm chấn bề mặt tỳ Hệ số giảm chấn bề mặt đá dẫn Hệ số ma sát bề mặt chi tiết với bề mặt đá mài Hệ số ma sát bề mặt chi tiết với bề mặt tỳ Hệ số ma sát bề mặt chi tiết với bề mặt đá dẫn Lượng dư gia công Vận tốc đá dẫn Lượng chạy dao hướng kính - 12 Kdd cdm ctt cdd dm tt dd az vdd Sk Trong phương pháp mô Krajnik cộng (2008) thông số Ki, ci, i thông số thường gặp nhiều khó khăn đầu vào gây khó khăn cho người thực chương trình mô phỏng, khó áp dụng Mô dự đoán độ không tròn bề mặt chi tiết mài vô tâm chạy dao hướng kính Trong luận án sử dụng phương trình 2.8 đến 2.20 tham khảo sơ đồ hình 2.6 để nghiên cứu bổ sung hoàn thiện phương pháp mô Krajnik cộng (2008) cho việc xây dựng phương pháp mô dự đoán Δ bề mặt chi tiết với thông số đầu thông số có giá trị độc lập Để từ xác định khoảng giá trị số thông số công nghệ đảm bảo gia công bề mặt chi tiết có Δ nhỏ Với thuật toán hình 2.9 cho phép nhập 18 thông số đầu vào, 18 thông số thông số có giá trị độc lập (bảng 2.4) xác định giá trị chúng Tuy nhiên, theo Krajnik cộng (2008) thông số ảnh hưởng không nhiều đến thông số đầu chương trình mô Một số nhận xét - Phương pháp mô Krajnik cộng (2008) có nhiều ưu điểm phương pháp Rowe Barash (1964); cho phép lựa chọn nhiều thông số đầu vào dự đoán nhiều thông số đầu phương pháp Rowe Barash (1964) - Tuy nhiên, với phương pháp mô Krajnik cộng (2008) cho thấy: + Đã dự đoán thông số gồm: Gn, rct(θ), Arctn, xct(t), yct(t) Tuy nhiên phương pháp chưa đưa dự đoán giá trị  + Hai thông số đầu vào αg, βG thông số có giá trị trước, mà giá trị chúng phụ thuộc vào thông số hình học hệ thống công nghệ (hình 2.5) Do việc chọn αg, βG thông số TT 10 11 12 13 14 Bảng 2.4 Các thông số đầu vào chương trình mô Thông số Ký hiệu Bán kính đá mài rdm Bán kính chi tiết rct Bán kính đá dẫn rdd Góc nghiêng bề mặt tỳ γ Chiều cao tâm chi tiết h Khối lượng chi tiết mct Độ cứng đàn hồi bề mặt đá mài Kdm Độ cứng đàn hồi bề mặt tỳ Ktt Độ cứng đàn hồi bề mặt đá dẫn Kdd Hệ số giảm chấn bề mặt đá mài cdm Hệ số giảm chấn bề mặt tỳ ctt Hệ số giảm chấn bề mặt đá dẫn cdd Hệ số ma sát bề mặt chi tiết bề mặt đá mài µdm Hệ số ma sát bề mặt chi tiết bề mặt µtt - 13 - 15 16 17 18 tỳ Hệ số ma sát bề mặt chi tiết bề mặt đá dẫn Lượng dư gia công Vận tốc đá dẫn Lượng chạy dao hướng kính - 14 - µdd az vdd Sk Hình 2.9 Thuật toán mô trình vô tâm chạy dao hướng kính Ngoài việc dự đoán thông số Gn, rct(θ), Arctn, xct(t), yct(t) nghiên cứu Krajnk cộng (2008) phương pháp mô trình bày luận án dự đoán thêm Δ bề mặt chi tiết * Đánh giá độ xác thuật toán chương trình mô Sử dụng thông số đầu vào nghiên cứu Krajnik cộng (2008) để nhập vào chương trình máy tính tác giả sau so sánh thông số đầu bao gồm: Gn, rct(θ), Arctn, xct(t), yct(t) kết mô Krajnik cộng (2008) với kết mô tác giả Từ kết so sánh cho thấy: thuật toán chương trình mô trình bày luận án đảm bảo độ xác so với phương pháp mô Krajnik cộng (2008) * So sánh với kết thực nghiệm Ứng dụng chương trình mô để dự đoán qui luật ảnh hưởng thông số β, Sk, vdd đến độ không tròn mô (ΔMP) sau so sánh với kết thực nghiệm (ΔTN) (hình 2.15; 2.16; 2.17) Hình 2.15 Ảnh hưởng  đến  thí nghiệm mô Kết cho thấy: - Qui luật ảnh hưởng thông số β, Sk, vdd đến Δ mô phù hợp với thí nghiệm - Ứng với khoảng giá trị thông số β ≈ ÷ 100, Sk ≈ ÷ 20 (m/s), vdd ≈ 15÷40 (m/ph) Δ có giá trị nhỏ tương đối ổn định Những kết dùng làm sở để định hướng cho - 15 - - 16 - nghiên cứu thực nghiệm, nghiên cứu tối ưu trình mài nội dung thuật toán chương trình mô trình MVT chạy dao hướng kính với thông số đầu vào thông số có giá trị độc lập - Qui luật ảnh hưởng thông số β, Sk, vdd đến Δ mô phù hợp với thực nghiệm - Ứng dụng chương trình mô cho phép dự đoán khoảng giá trị số thông số (β, Sk, vdd) đảm bảo gia công bề mặt chi tiết có Δ nhỏ tương đối ổn định điều kiện cụ thể, góp phần làm giảm thời gian điều chỉnh máy – thời gian gia công thử nâng cao chất lượng sản phẩm Để kết mô gần so với kết thực nghiệm (về trị số Δ) cần tiến hành nghiên cứu đưa thêm vào chương trình mô thông số có ảnh hưởng đáng kể đến Δ bề mặt chi tiết (chế độ sửa đá mài, chế độ sửa đá dẫn, sai số ban đầu bề mặt chi tiết gia công,…) Khi dùng kết mô thay cho kết thực nghiệm, để từ kết mô xác định giá trị thông số công nghệ thỏa mãn yêu cầu cụ thể trị số Δ, hướng phát triển cho nghiên cứu Hình 2.16 Ảnh hưởng Sk đến  thí nghiệm mô Hình 2.17 Ảnh hưởng vdd đến  thí nghiệm mô Kết luận chương Đã nghiên cứu phương pháp mô hình hóa - mô biểu diễn quan hệ thông số trình mài với hình dạng hình học sản phẩm phù hợp hướng nghiên cứu giới Đã phân tích hai phương pháp mô trình MVT chạy dao hướng kính Rowe Barash (1964), Krajnik cộng (2008) phương pháp có nhiều ưu điểm, công bố tạp chí Quốc tế có uy tín nhiều nhà khoa học tham khảo Trên sở tham khảo kế thừa phương pháp Krajnik cộng (2008), luận án bổ sung hoàn thiện: xây dựng Chương 3: MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM Trong chương thực nội dung sau: - Nghiên cứu mục đích thực nghiệm; Phân tích sở chọn tiêu đánh giá; sở yêu cầu thông số đầu vào - Phân tích yêu cầu hệ thống thí nghiệm; Xây dựng hệ thống thí nghiệm gồm trang – thiết bị sau: máy mài vô tâm M1080B (sản xuất năm 2011), mẫu thí nghiệm thép 20X thấm bon nhiệt luyện đạt 60÷62HRC (hình 3.2), Δ kiểm tra đồng hồ so 5/10.000 (hình 3.4), máy SJ-401 dùng để đo Ra (hình 3.5), sửa đá mài đá dẫn đầu sửa đá đa điểm có ký hiệu DM06101 (hãng Minitor – Nhật Bản) Đá mài đá dẫn có ký hiệu tương ứng sau: Đá mài: Cn80.TB1.G.V1.500.150.305 x35m / s - 17 Đá dẫn: R 273x150 x 203 Hình 3.2 Mẫu thí nghiệm Hình 3.4 Thiết bị đo độ không tròn Hình 3.5 Máy đo độ nhám SJ-401 Kết luận chương Phân tích mục đích việc nghiên cứu thực nghiệm xác định được: - Δ Ra hai tiêu đánh giá - β, Ssd, Sk, vdd thông số đầu vào Xây dựng hệ thống thí nghiệm thiết bị đại, định kỳ kiểm tra tổ chức có uy tín sử dụng thực tế sản xuất; hệ thống thí nghiệm cho phép nhận kết thí nghiệm (Δ Ra) đảm bảo độ tin cậy Chương 4: TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THÔNG SỐ KHI MÀI VÔ TÂM CHẠY DAO HƯỚNG KÍNH Tiến trình thí nghiệm tối ưu hóa gồm giai đoạn sau: - 18 - Giai đoạn 1: Thí nghiệm khởi đầu để kiểm tra hàm mục tiêu lân cận vùng cực trị hay chưa Nếu hàm mục tiêu lân cận vùng cực trị chuyển đến giai đoạn 3, ngược lại chuyển đến giai đoạn - Giai đoạn 2: Leo dốc tìm vùng cực trị (nếu cần) - Giai đoạn 3: Thí nghiệm bề mặt tiêu Trong giai đoạn: Tại điểm thí nghiệm thực mẫu; Δ Ra đo mẫu lần Giá trị Δ Ra tính giá trị trung bình lần đo liên tiếp Giai đoạn 1: Thí nghiệm khởi đầu Tiến hành giai đoạn thí nghiệm khởi đầu với 21 điểm thí nghiệm cho thông số đầu vào (β, Ssd, Sk, vdd) Giá trị biến giai đoạn thí nghiệm khởi đầu chọn dựa theo kết mô chương theo số nghiên cứu thực nghiệm, trình bày bảng 4.1 Bảng 4.1 Giá trị biến thí nghiệm khởi đầu Các mức thí nghiệm Thông số đầu vào -1 β() 6,0 7,2 8,4 Ssd (mm/ph) 200 300 400 Sk (μm/s) 10 14 vdd (m/ph) 24,25 29,60 34,95 Ma trận kết thí nghiệm khởi đầu trình bày bảng 4.3 Bảng 4.3 Ma trận kết thí nghiệm khởi đầu Thông số vào Thông số TT β Ssd Sk vdd Δ(µm) Ra(µm) 1 -1 -1 2.67 0.44 1 -1 -1 1.33 0.89 1 -1 1,17 1,02 … … … … … … … 21 1 1 1.00 0.73 - 19 - - 20 - Tiến hành phân tích phương sai hàm mục tiêu  Ra phần mềm thống kê Minitab 16, kết cho thấy: giá trị biến thí nghiệm khởi đầu đảm bảo hàm mục tiêu  Ra lân cận vùng cực trị Do theo trình tự bước thực thí nghiệm tối ưu hóa ta bỏ qua giai đoạn thí nghiệm leo dốc chuyển đến giai đoạn thí nghiệm bề mặt tiêu Điều cho thấy sử dụng chương trình mô giảm thời gian chi phí, góp phần nâng cao hiệu trình thí nghiệm gia công thực tế Giai đoạn 3: Thí nghiệm bề mặt tiêu Dạng thiết kế thí nghiệm hỗn hợp tâm xoay (CCD - Central Composite Design) sử dụng để tiến hành thí nghiệm bề mặt tiêu với 29 điểm thí nghiệm, biến thí nghiệm có mức giá trị (bảng 4.7) Bảng 4.7 Giá trị thông số đầu vào mức thí nghiệm CCD Giá trị mức thí nghiệm Thông số đầu vào -2 -1 β() 4.8 6.0 7.2 8.4 9.6 Ssd (mm/ph) 100 200 300 400 500 Sk (µm/s) 10 14 18 vdd (m/ph) 18.9 24.25 29.60 34.95 40.30 * Kết thí nghiệm Kết thí nghiệm theo ma trận CCD trình bày bảng 4.8 Bảng 4.8 Kết ma trận thí nghiệm CCD * Phân tích kết Tiến hành phân tích kết phần mềm Minitab 16 cho thấy: thông số β, Ssd, Sk, vdd tương tác chúng có ảnh hưởng đáng kể đến  Ra Từ xây dựng phương trình hồi qui thể mối quan hệ  Ra với thông số β, Ssd, Sk, vdd sau: TT … 29 Thông số vào Thông số β Ssd Sk vdd Δ(µm) Ra(µm) … -1 … -1 -2 … … 2,67 2,33 … 1,50 0,44 0,69 … 0,44   1, 232  0, 25   0,18083S sd  0,125 S k  0, 01417 vdd 0,13658   0, 22033S sd2  0,15658 S k2  0, 46908vdd 0, 33375  S sd  0,14625  S k  0, 2925  vdd  0, 24875 S sd S k (4.4) 0,1875 S sd vdd  0,1675 S k vdd Ra  0, 4140  0, 065833  0, 22750 Ssd  0, 008333Sk 0, 0575vdd  0, 088792   0,113792 Ssd2  0, 073792 Sk2 0, 026292vdd  0, 03875 Ssd  0, 065 Sk  0, 01625 vdd (4.5) 0, 035S sd Sk  0, 07875S sd vdd  0, 0275Sk vdd Tối ưu hóa Nghiên cứu sử dụng thuật toán giảm gradient tổng quát (GRG) thuật giải di truyền (GA) để giải ba toán tối ưu, gồm: hàm mục tiêu Δ, hàm mục tiêu Ra hàm đa mục tiêu f(Δ, Ra) sau tiến hành mài thí nghiệm với giá trị tối ưu thuật toán Kết đạt sau: - Khi giải toán tối ưu hàm mục tiêu  , hai thuật toán GRG GA cho kết tương đương Giá trị tối ưu thông số sau: β = 8,90; Ssd = 350,8 (mm/ph); Sk = 9,0 (µm/s); vdd = 28,2(m/ph) β = 8,90, Ssd = 354,2 (mm/ph); Sk = 9,4 (µm/s); vdd = 28,2(m/ph) Khi gia công tinh với giá trị tối ưu thông số  giảm hai cấp so với gia công theo chế độ công nghệ chọn bảng tra - 21 - - 22 - - Khi giải toán tối ưu hàm mục tiêu Ra, hai thuật toán GRG GA cho kết tương đương Giá trị tối ưu thông số sau: β = 7,90; Ssd = 123,7 (mm/ph); Sk = 5,6 (µm/s); vdd = 18,9(m/ph) β = 7,90; Ssd = 136,7 (mm/ph); Sk = 5,3 (µm/s); vdd = 18,9(m/ph) Khi gia công tinh với giá trị tối ưu thông số Ra giảm cấp so với gia công theo chế độ công nghệ chọn bảng tra - Khi giải toán tối ưu đa mục tiêu f(Δ, Ra), hai thuật toán GRG GA có kết tương đương Giá trị tối ưu thông số công nghệ: β = 7,90; Ssd = 138,2 (mm/ph); Sk = 5,2 (µm/s); vdd = 18,9(m/ph) β = 7,90; Ssd = 125,2 (mm/ph); Sk = 5,5 (µm/s); vdd = 18,9(m/ph) Khi gia công với thông số công nghệ Ra giảm cấp, Δ giảm cấp so với gia công theo chế độ công nghệ chọn bảng tra Đã tiến hành giải ba hàm mục tiêu (Δ; Ra; f(Δ,Ra)) hai thuật toán tối ưu nhiều nhà khoa học sử dụng GRG GA để tìm giá trị tối ưu thông số β, Ssd, Sk, vdd thuật toán; thông qua thí nghiệm kiểm chứng cho thấy, ba trường hợp GRG GA có kết tương đương Từ tìm hai bộ giá trị tối ưu thông số trường hợp sau: - Gia công chi tiết có Δ giảm cấp so với gia công theo chế độ công nghệ chọn bảng tra - Gia công chi tiết có Ra giảm cấp so với gia công theo chế độ công nghệ chọn bảng tra - Gia công chi tiết có Δ giảm cấp, Ra giảm cấp so với gia công theo chế độ công nghệ chọn bảng tra Kết luận chương Đã tiến hành thí nghiệm tối ưu hóa trình gia công tinh thép 20X thấm bon phương pháp MVT chạy dao hướng kính theo giai đoạn phương pháp bề mặt tiêu Trong đó, việc sử dụng kết mô giảm giai đoạn thí nghiệm leo dốc, rút ngắn thời gian, giảm chi phí cho trình thí nghiệm Xử lý số liệu thí nghiệm phần mềm chuyên dùng (Minitab) cho thấy: thông số β, Ssd, Sk, vdd tương tác thông số có ảnh hưởng đáng kể đến Δ Ra bề mặt chi tiết gia công Trong đó, β có ảnh hưởng lớn đến Δ; Ssd có ảnh hưởng lớn đến Ra Sự ảnh hưởng thể theo hai phương trình (4.4) (4.5), hai phương trình sở để điều khiển hay tối ưu trình MVT chạy dao hướng kính thép 20X thấm bon với yêu cầu cụ thể Δ Ra KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN Kết luận chung Trên sở nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu mô phỏng: luận án bổ sung hoàn thiện phương pháp mô Krajnik cộng (2008) để xây dựng thuật toán chương trình mô dự đoán độ không tròn chi tiết với nhiều thông số đầu vào thông số có giá trị độc lập Ứng dụng chương trình mô giải được: - Dự đoán khoảng giá trị thông số β, Sk, vdd đảm bảo chi tiết gia công có độ không tròn nhỏ tương đối ổn định điều kiện cụ thể, góp phần làm giảm thời gian điều chỉnh máy – thời gian gia công thử nâng cao chất lượng sản phẩm - Bỏ qua giai đoạn thí nghiệm leo dốc cho hàm mục tiêu độ không tròn chuỗi thí nghiệm thực thí nghiệm tối ưu hóa theo phương pháp bề mặt tiêu - 23 Trên sở nghiên cứu thực nghiệm: xây dựng hàm hồi qui thể mối quan hệ số thông số (β, Ssd, Sk, vdd) với Δ Ra bề mặt chi tiết mài tinh thép 20X thấm bon theo hai phương trình (4.4) (4.5) Từ tìm giá trị thông số β, Ssd, Sk, vdd đảm bảo yêu cầu cụ thể Δ Ra bề mặt chi tiết Các thông số β, Ssd, Sk, vdd tương tác chúng có ảnh hưởng đáng kể đến Δ Ra Trong đó, β có ảnh hưởng lớn đến Δ; Ssd có ảnh hưởng lớn đến Ra Để giảm Δ Ra cần nghiên cứu điều chỉnh, lựa chọn giá trị thông số Giải trọn vẹn số toán tối ưu thuật toán GRG thuật toán GA (từ việc thí nghiệm lấy số liệu; tìm thông số tối ưu thuật toán; thí nghiệm kiểm chứng kết tối ưu) Kết cho thấy: với yêu cầu cụ thể Δ Ra có nhiều giá trị thông số (β, Ssd, Sk, vdd ) thỏa mãn yêu cầu Tìm hai giá trị tối ưu thông số (β, Ssd, Sk, vdd ) trường hợp sau đây: - Đảm bảo gia công bề mặt chi tiết có Δ giảm cấp so với gia công theo chế độ công nghệ chọn bảng tra - Đảm bảo gia công bề mặt chi tiết có Ra giảm cấp so với gia công theo chế độ công nghệ chọn bảng tra - Đảm bảo gia công bề mặt chi tiết có Δ giảm cấp, Ra giảm cấp so với gia công theo chế độ công nghệ chọn bảng tra Các phương pháp, qui trình nghiên cứu thực nghiệm, công cụ thuật toán sử dụng luận án phương pháp chung dùng để nghiên cứu điều kiện khác Hướng phát triển Nghiên cứu mô trình MVT chạy dao hướng kính xét đến nhiều thông số đầu vào nữa; Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ khác (công nghệ trơn nguội, loại đá mài, nhóm vật liệu gia công,…) đến độ nhám, độ không tròn, độ trụ… bề mặt chi tiết gia công - 24 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Phan Bùi Khôi, Ngô Cường, Đỗ Đức Trung (2014), “Mô trình mài vô tâm chạy dao hướng kính”, Tạp chí Khoa học công nghệ - Viện hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, tập 52, số 5, tr 617-624 Phan Bùi Khôi, Ngô Cường, Đỗ Đức Trung, Nguyễn Thành Chung (2014), “Nghiên cứu ảnh hưởng lượng chạy dao sửa đá mài đến độ nhám độ không tròn chi tiết mài vô tâm chạy dao hướng kính thép 20X thấm Cacbon”, Tạp chí Tạp chí Khoa học công nghệ Đại học công nghiệp Hà Nội, số 25, tr 28-31 Đỗ Đức Trung, Ngô Cường, Phan Bùi Khôi, Phan Thanh Chương, Nguyễn Thành Chung (2014), “Nghiên cứu ảnh hưởng lượng chạy dao đến chất lượng bề mặt gia công thép 20X thấm Cacbon mài vô tâm chạy dao hướng kính”, Tạp chí Khoa học công nghệ Đại học Thái Nguyên, tập 128, số 14, tr.17-22 Ngô Cường, Phan Bùi Khôi, Đỗ Đức Trung (2015), “Nghiên cứu ảnh hưởng vận tốc đá dẫn góc cao tâm chi tiết đến độ nhám độ không tròn chi tiết mài vô tâm chạy dao hướng kính”, Tạp chí Khoa học công nghệ Đại học Đà Nẵng, tập 1, số 86, tr 1-4 Đỗ Đức Trung, Ngô Cường, Phạm Văn Đông (2016), “Nghiên cứu tổng quan độ nhám độ không tròn chi tiết mài vô tâm chạy dao hướng kính”, Tạp chí Khoa học công nghệ Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 33, tr.56-61 Đỗ Đức Trung, Trần Minh Trường, Phạm Văn Đông, Nguyễn Xuân Đỉnh (2015), “Mối quan hệ lượng dịch chuyển bàn máy với số thông số hình học hệ thống công nghệ mài vô tâm chạy dao hướng kính”, Tạp chí Khoa học công nghệ Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 29, tr 26-28 Do Duc Trung, Ngo Cuong, Phan Bui Khoi (2014), “A study on cinematics of workpiece in plunge centerless grinding process”, International Conference on Engineering Mechanics and Automation (ICEMA 3), Ha Noi, pp 243-247 Phan Bui Khoi, Ngo Cuong, Do Duc Trung, Nguyen Dinh Man (2014), “A study on simulation of plunge centerless grinding process”, ISEPD 2014 – International Sysposium on Eco-materials Processing and Design, Ha Noi, Viet Nam, pp 383-389 Phan Bui Khoi, Do Duc Trung, Ngo Cuong (2014), “A study on multi - objective optimization of plunge centerless grinding process”, International Journal of Mechanical Engineering & Technology (IJMET), volume 5, issue 11, pp 140-152 (THOMSON Reuters) 10 Phan Bui Khoi, Ngo Cuong, Do Duc Trung, Nguyen Dinh Man (2015), “Research on Optimization of Plunge Centerless Grinding Process using Genetic Algorithm and Response Surface Method”, International Journal of Scientific Engineering and Technology (IJSET), volume 4, issue 3, pp 207-211 (Briths Library, ISI Submited) 11 Do Duc Trung, Ngo Cuong, Phan Bui Khoi, Tran Quoc Hung (2015), “Application of Generalized Reduced Gradient Method for Optimization of Plunge Centerless Grinding Process”, International Journal of Scientific Research in Science, Engineering and Technology (IJSRSET), volume 1, issue 2, pp 368-372 (Directory of Research Journals Indexing) 12 Do Duc Trung, Ngo Cuong, Nguyen Dinh Man, Phan Bui Khoi, Pham Van Dong, Tran Quoc Hung (2016), “A study on machining time in plunge centerless grinding”, International Journal of Scientific Research in Science, Engineering and Technology (IJSRSET), volume 1, issue 2, pp 603-610 (Directory of Research Journals Indexing) [...]... chung dùng để nghiên cứu trong những điều kiện khác nhau Hướng phát triển Nghiên cứu mô phỏng quá trình MVT chạy dao hướng kính khi xét đến nhiều thông số đầu vào hơn nữa; Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ khác (công nghệ trơn nguội, loại đá mài, nhóm vật liệu gia công, …) đến độ nhám, độ không tròn, độ trụ… của bề mặt chi tiết gia công - 24 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ... với khi gia công theo chế độ công nghệ chọn trong các bảng tra - Đảm bảo khi gia công bề mặt chi tiết có Ra giảm được 1 cấp so với khi gia công theo chế độ công nghệ chọn trong các bảng tra - Đảm bảo khi gia công bề mặt chi tiết có Δ giảm được 1 cấp, Ra giảm được 1 cấp so với khi gia công theo chế độ công nghệ chọn trong các bảng tra 6 Các phương pháp, qui trình nghiên cứu thực nghiệm, công cụ và các. .. vận tốc đá dẫn và góc cao tâm của chi tiết đến độ nhám và độ không tròn của chi tiết khi mài vô tâm chạy dao hướng kính”, Tạp chí Khoa học công nghệ Đại học Đà Nẵng, tập 1, số 86, tr 1-4 5 Đỗ Đức Trung, Ngô Cường, Phạm Văn Đông (2016), Nghiên cứu tổng quan về độ nhám và độ không tròn của chi tiết khi mài vô tâm chạy dao hướng kính”, Tạp chí Khoa học công nghệ Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 33, tr.56-61... phỏng quá trình mài vô tâm chạy dao hướng kính”, Tạp chí Khoa học công nghệ - Viện hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, tập 52, số 5, tr 617-624 2 Phan Bùi Khôi, Ngô Cường, Đỗ Đức Trung, Nguyễn Thành Chung (2014), Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chạy dao khi sửa đá mài đến độ nhám và độ không tròn của chi tiết khi mài vô tâm chạy dao hướng kính thép 20X thấm Cacbon”, Tạp chí Tạp chí Khoa học công nghệ... chương trình mô phỏng dự đoán độ không tròn của chi tiết với nhiều thông số đầu vào là các thông số có giá trị độc lập Ứng dụng chương trình mô phỏng đã giải quyết được: - Dự đoán được khoảng giá trị của các thông số β, Sk, vdd đảm bảo chi tiết gia công có độ không tròn nhỏ và tương đối ổn định trong từng điều kiện cụ thể, góp phần làm giảm thời gian điều chỉnh máy – thời gian gia công thử và nâng... tra - Gia công được chi tiết có Ra giảm được 1 cấp so với khi gia công theo chế độ công nghệ chọn trong các bảng tra - Gia công được chi tiết có Δ giảm được 1 cấp, Ra giảm được 1 cấp so với khi gia công theo chế độ công nghệ chọn trong các bảng tra Kết luận chương 4 1 Đã tiến hành thí nghiệm tối ưu hóa quá trình gia công tinh thép 20X thấm các bon bằng phương pháp MVT chạy dao hướng kính theo các giai... qua được giai đoạn thí nghiệm leo dốc cho hàm mục tiêu độ không tròn trong chuỗi các thí nghiệm khi thực hiện thí nghiệm tối ưu hóa theo phương pháp bề mặt chỉ tiêu - 23 2 Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm: đã xây dựng được hàm hồi qui thể hiện mối quan hệ giữa một số thông số (β, Ssd, Sk, vdd) với Δ và Ra của bề mặt chi tiết khi mài tinh thép 20X thấm các bon theo hai phương trình (4.4) và (4.5)... phương trình (4.4) và (4.5), hai phương trình này là cơ sở để điều khi n hay tối ưu quá trình MVT chạy dao hướng kính thép 20X thấm các bon với những yêu cầu cụ thể về Δ và Ra KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN Kết luận chung 1 Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu mô phỏng: luận án đã bổ sung và hoàn thiện phương pháp mô phỏng của Krajnik và cộng sự (2008) để xây dựng thuật toán và chương... những bộ giá trị của các thông số β, Ssd, Sk, vdd đảm bảo các yêu cầu cụ thể về Δ và Ra của bề mặt chi tiết 3 Các thông số β, Ssd, Sk, vdd và sự tương tác giữa chúng đều có ảnh hưởng đáng kể đến Δ và Ra Trong đó, β có ảnh hưởng lớn nhất đến Δ; Ssd có ảnh hưởng lớn nhất đến Ra Để giảm Δ và Ra cần nghiên cứu điều chỉnh, lựa chọn giá trị của các thông số này 4 Giải quyết trọn vẹn một số bài toán tối ưu... học công nghiệp Hà Nội, số 25, tr 28-31 3 Đỗ Đức Trung, Ngô Cường, Phan Bùi Khôi, Phan Thanh Chương, Nguyễn Thành Chung (2014), Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chất lượng bề mặt gia công thép 20X thấm Cacbon khi mài vô tâm chạy dao hướng kính”, Tạp chí Khoa học công nghệ Đại học Thái Nguyên, tập 128, số 14, tr.17-22 4 Ngô Cường, Phan Bùi Khôi, Đỗ Đức Trung (2015), Nghiên cứu ảnh hưởng của