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

2.12NGUYÊN ĐẠI HỌC THÁI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 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 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 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 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 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 của bản luâ ̣n án xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận án Đỗ Đức Trung Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 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 thuâ ̣t, 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 hết sức 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 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 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 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa đề tài 7.1 Ý nghĩa khoa học 7.2 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 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Trang 1 3 4 6 7 7 9 10 10 11 11 11 13 13 13 15 16 17 18 18 19 20 20 v 1.6 Ảnh hưởng số yếu tố đến nhám bề mặt 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 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 25 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 vi 3.2.3 Mẫu thí nghiệm 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 hỗn hợp tâm xoay 4.2 Thí nghiệm theo kế hoạch hỗn hợp tâm xoay 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 giảm gradient tổng quát 4.3.5.2 Sử dụng thuật toán di truyền 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 giảm gradient tổng quát 4.3.6.2 Sử dụng thuật toán di truyền 4.3.6.3 Thí nghiệm so sánh kết thuật toán tối ưu hàm Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 70 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 mục tiêu nhám bề mặt 4.3.7 Tối ưu đa mục tiêu 4.3.7.1 Sử dụng thuật toán giảm gradient tổng quát 4.3.7.2 Sử dụng thuật toán di truyền 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 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 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 dct , 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 t sd Chiều sâu sửa đá mài mm t sd* 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  Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn µm/s ix b , r 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 t dc 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 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  dm Hệ số ma sát bề mặt chi tiết với bề mặt đá mài Arctn mct Fndm , Fndd , tt n F Ft dm , Ft dd , Ft tt Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn - 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 - Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn - 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 = Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn - 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 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn - 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