Nghiên cứu các thông số công nghệ để nâng cao chất lượng và độ chính xác gia công của sản phẩm khi mài thép làm khuôn SKD61

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG CỦA SẢN PHẨM KHI MÀI THÉP LÀM KHUÔN SKD61 Học Viên: Hoàng Văn Quyết Lớp: CHK10 CTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy Người HD Khoa học: TS Nguyễn Văn Hùng NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN TS Nguyễn Văn Hùng KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Hoàng Văn Quyết BGH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Việc nghiên cứu lĩnh vực công nghệ thay hàng nhập ngoại góp phần làm tăng lực cạnh tranh nhà sản xuất nước Dựa yêu cầu thực tiễn lĩnh vực khuôn mẫu, luận văn chọn hướng nghiên cứu chế tạo loại khuôn mẫu phải nhập ngoại nhằm tăng hiệu kinh tế - kỹ thuật sản phẩm Mặc dù, có cố gắng nhiều việc nghiên cứu tính toán tiến hành thực nghiệm luận văn nhiều thiếu sót nhiều điểm cần đề xuất trao đổi, thảo luận thêm Tác giả mong trân trọng đóng góp, phê bình thầy giáo đồng nghiệp luận văn Em xin trân trọng cảm ơn Khoa Đào tạo Sau đại học, Ban Giám hiệu Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình họa tập hoàn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn thầy giáo Hội đồng bảo vệ Đề cương luận văn góp ý, chỉnh sửa phê duyệt đề cương để luận văn em hoàn thành với nội dung tốt Đặc biệt, em xin trân trọng cảm ơn thầy TS Nguyễn Văn Hùng tận tình hướng dẫn giúp em hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, cộng tác viên giúp đỡ đề xuất giải pháp tốt trình viết luận văn thí nghiệm Xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè động viên, cổ vũ tinh thần vật chất cho thân suốt trình học tập làm luận văn Em xin cam đoan số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Trừ phần tham khảo ghi rõ luận văn Học viên Hoàng Văn Quyết Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Phần mở đầu Tính cấp thiết đề tài Đối tượng, mục đích, nội dung phương pháp nghiên cứu Trang 1 2.1 2.2 Đối tượng nghiên cứu Mục đích nghiên cứu 2 2.3 2.4 Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 2 Ý nghĩa đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học 3.2 Ý nghĩa thực tiến Chương 1: Tổng quan mài phẳng mài thép làm khuôn 1.1 Đặc điểm trình mài 4 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 1.3.1 Tổng quan mài thép làm khuôn Vị trí nguyên công mài gia công kim loại Thực trạng ngành công nghiệp sản xuất khuôn mẫu Cơ sở trình cắt mài phẳng Quá trình tạo phoi mài phẳng 5 7 1.3.2 Động hình học trình mài phẳng 1.3.3 1.3.4 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 Tốc độ bóc vật liệu Chiều dày phoi tương đương Động lực học mài Lực cắt mài Công suất cắt mài Rung động mài Mòn tuổi bền đá mài Các dạng mòn đá mài Tuổi bền đá mài phương pháp xác định tuổi bền đá mài Sửa đá mài 10 11 11 11 13 13 15 15 17 19 1.6 1.7 1.7.1 1.7.2 Nhiệt độ mài Chất lượng bề mặt mài Sự hình thành nhám bề mặt mài Sự hình thành sóng bề mặt mài 19 21 21 22 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.7.3 1.8 Sự thay đổi cấu trúc lớp bề mặt, hình thành ứng suất dư bề mặt Tính gia công vật liệu mài 22 23 1.9 Chế độ cắt ảnh hưởng chế độ cắt đến thông số đặc trưng cho trình cắt mài phẳng 24 1.9.1 Ảnh hưởng chế độ cắt đến lực cắt 24 1.9.2 1.9.3 Ảnh hưởng chế độ cắt đến rung động mài Ảnh hưởng chế độ cắt đến nhiệt cắt 25 25 1.9.4 1.9.5 Ảnh hưởng chế độ cắt đến mòn tuổi bền đá mài Ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt mài 26 26 1.10 Kết luận chương 1.10.1 Tóm tắt công nghệ mài, mài vật liệu làm khuôn mẫu 1.10.2 Định hướng nghiên cứu đề tài 27 27 28 1.10.3 Nội dung nghiên cứu đề tài 1.10.4 Định hướng nghiên cứu 28 28 29 Chương 2: Tối ưu hóa chế độ cắt mài vật liệu thép làm khuôn SKD61 2.1 Mô hình trình mài phẳng 2.2 Những định hướng nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt mài thép làm khuôn SKD61 2.3 2.4 Mô hình hóa toán học trình mài phẳng Kết luận chương Chương 3: Xây dựng sở nghiên cứu thực nghiệm 3.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 3.1.1 Chọn thông số vào 3.1.2 Chọn tiêu đánh giá 3.1.3 Nhiễu mài phẳng 3.2 Xây dựng quy hoạch thực nghiệm 3.2.1 Các nguyên tắc quy hoạch thực nghiệm 3.2.2 Chọn loại kế hoạch thực nghiệm mô hình hồi quy thực nghiệm 3.2.3 Xác định miền qui hoạch 3.3 Hệ thống thiết bị thí nghiệm 3.3.1 Máy thí nghiệm 3.3.2 Vật liệu thí nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 30 31 34 35 35 35 37 38 38 38 40 51 52 52 53 http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.3.3 3.3.4 Đá mài thí nghiệm Chế độ sửa đá 53 54 3.3.5 3.3.6 Dung dịch trơn nguội Hệ thống đo lường 54 54 3.4 Kết luận chương 56 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm thảo luận kết 57 4.1 Các bước nghiên cứu tối hóa trình mài phẳng thép làm khuôn SKD61 57 4.1.1 Các hàm mục tiêu mài tinh thép làm khuôn SKD61 58 4.1.2 Chọn dạng hàm hồi quy 58 4.2 61 4.2.1 Tối ưu hóa trình mài phẳng mài tinh thép làm khuôn SKD61 Xây dựng thuật toán quy hoạch thực nghiệm 4.2.2 4.2.3 4.2.4 Xác định hàm hồi quy Xác định hàm mục tiêu tối ưu Miền tối ưu hoá 61 64 66 4.3 Nghiên cứu hình thái, cấu trúc tính chất lý lớp bề mặt mài tinh thép làm khuôn SKD61 Nghiên cứu hình thái bề mặt gia công 71 73 75 4.4.2 4.4.3 4.5 4.5.1 4.5.2 Nghiên cứu cấu trúc tính chất lý lớp kim loại bề mặt Thảo luận kết nghiên cứu mài tinh thép làm khuôn SKD61 Ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt độ xác gia công Hình thái bề mặt gia công Cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công Triển khai ứng dụng kết vào sản phẩm thực tế Sản phẩm ứng dụng Kết ứng dụng 4.6 Kết luận chương 79 80 82 84 4.3.1 4.3.2 4.4 4.4.1 KẾT LUẬN CHUNG TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 71 75 76 76 77 77 78 http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị nđ Tốc độ quay đá mài Vb Vận tốc bàn máy (lượng chạy dao dọc) m/ph Sn Lượng chạy dao ngang mm/ht az Chiều sâu cắt hạt mài mm bz Chiều rộng phoi cắt mm t Chiều sâu cắt mài mm b Chiều rộng mài mm B Chiều rộng đá mài mm Dđ Đường kính đá mài mm đ Tốc độ đá mài m/s ct Tốc độ chi tiết gia công m/ph Lc Chiều dài cung tiếp xúc tĩnh mm De Đường kính tương đương mm Chiều dày phoi không biến dạng lớn mm htđ Chiều dày phoi tương đương mm Qw Tốc độ bóc vật liệu Q’ w Tốc độ bóc vật liệu đơn vị bề rộng mài Piz Thành phần lực cắt theo phương tiếp tuyến tác dụng lên hạt mài N Piy Thành phần lực cắt theo phương pháp tuyến tác dụng lên hạt mài N Pz Thành phần lực cắt tiếp tuyến N Py Thành phần lực cắt pháp tuyến N hmax Ra, Rz, Rt Thông số đánh giá độ nhám bề mặt gia công Kp = Py/Pz Hệ số lực cắt N Công suất mài u Năng lượng riêng mài Kc Hệ số khả cắt đá mài G Hệ số mài T Tuổi bền đá mài Tm Nhiệt độ mài Ssđ Lượng chạy dao ngang sửa đá Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Vòng/ph mm3/s mm3/s.m m W J/mm3 mm3/s.N phút C m/ph http://www.lrc-tnu.edu.vn tsđ Chiều sâu cắt sửa đá xi Giá trị mã hoá thông số vào Xi g mm Khoảng thay đổi thông số vào Gia tốc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên m/s2 http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Bảng 1.1 Nội dung Trang Hệ số truyền nhiệt vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng 20 hợp kim 3.1 Ma trận quy hoạch trung tâm hợp thành đối xứng với thông số ảnh hưởng 52 3.2 Ký hiệu tương đương thép SKD61 nước 53 3.3 Thành phần hoá học mẫu thí nghiệm thép SKD61 53 4.1 Giá trị mã hóa giá trị thực mức thông số 60 4.2 Ma trận thí nghiệm mài tinh thép SKD61 60 4.3 Kết thí nghiệm mài tinh thép SKD61 đá 61 Cn60.CV1.G.V1 250x25x75 đ = 30m/s 4.4 Ứng dụng thông số chế độ cắt tối ưu vào mài tinh nửa khuôn dập trục khuỷu xe máy Honda Công ty Diezel Sông Công (DISOCO) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Hình số Nội dung 1.1 Quá trình tách phoi hạt mài 1.2 Sơ đồ cắt hạt mài 1.3 Vùng tiếp xúc đá – chi tiết mài 10 1.4 Lực cắt tác dụng lên hạt mài 11 1.5 Quan hệ Py – Pz 13 1.6 Rung động gây sóng bề mặt gia công 14 1.7 Các dạng mòn đá mài 16 1.8 Quá trình mòn đá mài 16 1.9 Cấu trúc lớp bề mặt mài 23 10 1.10 Profin bề mặt mài lý tưởng 26 11 2.1 Mô hình trình mài phẳng 29 12 3.1 Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm 35 13 3.2 Sơ đồ khối xử lý kết đo 41 14 3.3 Sơ đồ khối xác định hàm hồi quy biến 43 15 3.4 Sơ đồ khối xác định hàm hồi quy nhiều biến 48 16 3.5 Sơ đồ khối thuật toán Gradient 51 17 3.6 Máy đo độ nhám bề mặt SJ – 201 54 18 3.7 Máy đo tọa độ CMM 544 – Mitutoyo Trang 55 R 19 3.8 Đầu đo tiếp xúc TP20 – Hãng RENISHAW 56 20 4.1 Sơ đồ cấu trúc chương trình phần mềm hồi quy tối ưu hóa 57 21 4.2a Quan hệ nhám bề mặt với Sn, Vb (t tối ưu) 67 22 4.2b Quan hệ nhám bề mặt với t, Vb (Sn tối ưu) 67 23 4.2c Quan hệ nhám bề mặt với t, Sn (Vb tối ưu) 68 24 4.3a Quan hệ sai số gia công với Sn, Vb (t tối ưu) 69 25 4.3b Quan hệ sai số gia công với t, Vb (Sn tối ưu) 69 26 4.3c Quan hệ sai số gia công với t, Sn (Vb tối ưu) 70 27 4.4 Ảnh SEM bề mặt mài thép SKD61 đá mài Hải 71 Dương Cn60.CV1.G.V1 250x25x75 với đ = 30m/s; t = 0,005 mm; Sn = mm/ht; b = m/ph; dung dịch trơn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn nguội nhũ tương hãng TOTAN pha với nước đạt nồng độ 10% 28 4.5 Ảnh SEM bề mặt mài thép SKD61 đá mài Hải 72 Dương Cn60.CV1.G.V1 250x25x75 với đ = 30m/s; t = 0,01 mm ; Sn = mm/ht; b = 11 m/ph; dung dịch trơn nguội nhũ tương hãng TOTAN pha với nước đạt nồng độ 10% 29 4.6 Ảnh SEM bề mặt mài thép SKD61 đá mài Hải 72 Dương Cn60.CV1.G.V1 250x25x75 với đ = 30m/s; t = 0,01 mm ; Sn = mm/ht; b = 11 m/ph; dung dịch trơn nguội nhũ tương hãng TOTAN pha với nước đạt nồng độ 10% 30 4.7 Cấu trúc bề mặt mài thép SKD61 đá mài Hải 73 Dương Cn60.CV1.G.V1 250x25x75 với đ = 30m/s; t = 0,005 mm ; Sn = mm/ht; b = m/ph; dung dịch trơn nguội nhũ tương hãng TOTAN pha với nước đạt nồng độ 10% 31 4.8 Cấu trúc bề mặt mài thép SKD61 đá mài Hải 74 Dương Cn60.CV1.G.V1 250x25x75 với đ = 30m/s; t = 0,01 mm ; Sn = mm/ht; b = 11 m/ph; dung dịch trơn nguội nhũ tương hãng TOTAN pha với nước đạt nồng độ 10% 32 4.9 Cấu trúc bề mặt mài thép SKD61 đá mài Hải 74 Dương Cn60.CV1.G.V1 250x25x75 với đ = 30m/s; t = 0,01 mm ; Sn = mm/ht; b = 11 m/ph; dung dịch trơn nguội nhũ tương hãng TOTAN pha với nước đạt nồng độ 10% 33 4.10 Nửa khuôn dập trục khuỷu xe máy Honda 77 34 4.11 Nửa khuôn dập trục khuỷu xe máy Honda 78 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... Rz, Rt Thông số đánh giá độ nhám bề mặt gia công Kp = Py/Pz Hệ số lực cắt N Công suất mài u Năng lượng riêng mài Kc Hệ số khả cắt đá mài G Hệ số mài T Tuổi bền đá mài Tm Nhiệt độ mài Ssđ Lượng. .. trình mài phẳng thép làm khuôn SKD61 57 4.1.1 Các hàm mục tiêu mài tinh thép làm khuôn SKD61 58 4.1.2 Chọn dạng hàm hồi quy 58 4.2 61 4.2.1 Tối ưu hóa trình mài phẳng mài tinh thép làm khuôn SKD61. .. độ cắt mài vật liệu thép làm khuôn SKD61 2.1 Mô hình trình mài phẳng 2.2 Những định hướng nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt mài thép làm khuôn SKD61 2.3 2.4 Mô hình hóa toán học trình mài phẳng