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 (LA tiến sĩ)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 (LA tiến sĩ)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 (LA tiến sĩ)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 (LA tiến sĩ)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 (LA tiến sĩ)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 (LA tiến sĩ)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 (LA tiến sĩ)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 (LA tiến sĩ)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 (LA tiến sĩ)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 (LA tiến sĩ)
Trang 1
DO DUC TRUNG
NGHIEN CUU XAC DINH MOT SO THONG SO CUA QUA TRINH GIA CONG KHI MAI VO TAM THEP 20X THAM
CAC BON NHAM CAI THIEN ĐỘ KHÔNG TRÒN VÀ DO NHAM BE MAT
LUAN AN TIEN SI KY THUAT
THAI NGUYEN — NAM 2016
Trang 2
DO DUC TRUNG
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 62.52.01.03
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MOT SO THONG SO CUA Q TRÌNH GIA CƠNG KHI MÀI VÔ TÂM THÉP 20X THÁM
CAC BON NHAM CẢI THIỆN ĐỘ KHÔNG TRÒN VÀ ĐỘ NHÁM BÈ MẶT
Trang 3LOI CAM DOAN
Tác giả của luận án nay xin cam đoan:
Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án (trừ những điểm được trích dẫn) là hoàn toàn do bản thân tự nghiên cứu, không sao chép của bất kỳ ai hay nguôn nào
Các bản vẽ, bảng biểu, kết quả đo đạc thí nghiệm và các kết quả tính toán (trừ những điểm được trích dẫn) đều được thực hiện nghiêm túc, trung thực, không
chỉnh sửa và sao chép của bất kỳ nguồn nào
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS TS Phan Bùi
Khôi và TS Ngô Cường, những người thầy đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong nhiều năm tháng học tập, nghiên cứu đề hoàn thành luận án
Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể Khoa Cơ khí, các vị lãnh đạo và các Nhà Khoa học của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp — Đại học Thái Nguyên đã luôn quan tâm, giúp đỡ cũng như đóng góp các ý kiến đề tôi hồn thành luận án
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu Trường Cao đẳng Kinh tế — Kỹ thuật, cùng các phòng ban chức năng đã quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi
để tơi hồn thành luận án
Tôi xin chân thành cảm ơn các Nhà khoa học trong Hội đồng đánh giá luận án
TS cấp cơ 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) đã góp ý thắng thắn, chân thành
để luận án được hồn thiện hơn
Tơi xin chân thành cảm on GS W Brian Rowe — Dai hoc Liverpool John Moores (Anh), c6 GS Steven Malkin — Dai hoc Masachusetts (My), GS Yongbo Wu — Dai hoc Akita (Nhat Ban), GS Kang Kim — Dai hoc Kookmin (Han Quốc), GS Noyan Turkkan - Đại học Dé Moncton (Canada) đã cho tôi những ý kiến hết
sức quí báu, cho tôi những tài liệu vô cùng quí giá và cho tôi rất nhiều động lực
trong quá trình thực hiện luận án này
Từ đáy lòng mình, tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành tới Công ty Cổ phần Cơ khí Phổ Yên — Thái Nguyên (FOMECO) đã giúp đỡ tôi tiến hành thí nghiệm cho nội dung nghiên cứu của luận án
Trang 5MUC LUC
NOI DUNG Trang
PHAN MO DAU 1
1 Tinh cấp thiết của đề tài 1
2 Đối tượng nghiên cứu 3
3 Mục đích nghiên cứu 3
4 Nội dung nghiên cứu 3
5 Phạm vi nghiên cứu 4
6 Phương pháp nghiên cứu 4
7 Ý nghĩa của đề tài 6
7.1 Ý nghĩa khoa học 6
7.2 Ý nghĩa thực tiễn 6
Chuong 1 TONG QUAN VE MAI VO TAM 7
1.1 Ưu - nhược điểm, phạm vi ứng dụng của phương pháp mài vô tâm 7
1.1.1 Ưu - nhược điểm 7
1.1.2 Phạm vi ứng dụng 7
1.2 Sơ đồ mài vô tâm chạy đao hướng kính 8
1.3 Một số thông số cơ bản của quá trình mài vô tâm chạy dao hướng kính 9
1.3.1 Góc cao tâm của chỉ tiết 9
1.3.2 Lượng chạy dao hướng kính 10 1.3.3 Vận tốc đá mài 10 1.3.4 Vận tốc chỉ tiết 11 1.3.5 Sửa đá mai 11 1.3.6 Sửa đá dẫn 11 1.3.7 Thanh tỳ 13 1.4 Một số dạng sai số khi mài vô tâm chạy dao hướng kính và các nguyên 13 nhân chính
1.4.1 Sai số trên mặt cắt ngang 13
1.4.2 Sai số theo phương dọc trục 15
1.4.3 Khuyết tật trên bề mặt gia công 16
1.4.4 Kích thước đường kính không ồn định 17
1.5 Ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ không tròn của bề mặt chỉ tiết 18
1.5.1 Xu hướng nghiên cứu về độ không tròn của bề mặt chỉ tiết 18
1.5.2 Ảnh hưởng của phương pháp sửa đá dẫn 19
1.5.3 Ảnh hưởng của độ chính xác biên dạng đá dẫn 20
Trang 61.6.2 Ảnh hưởng của phương pháp mài và phương pháp sửa đá mài 1.6.3 Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ và thông số sửa đá 1.7 Xu hướng nghiên cứu về mô phỏng quá trình mài vô tâm
1.8 Tối ưu quá trình mài Kết luận chương 1 Chương 2 MÔ PHỎNG Q TRÌNH MÀI VƠ TÂM CHẠY DAO HƯỚNG KÍNH 2.1 Đặt vấn đề 2.2 Một số phương pháp mô phỏng quá trình mài vô tâm chạy dao hướng kính
2.2.1 Phương pháp mô phỏng của Rowe và Barash - một số ứng dụng 2.2.1.1 Phương pháp mô phỏng của Rowe và Barash
2.2.1.2 Một số nghiên cứu ứng dụng phương pháp mô phỏng của Rowe và Barash 2.2.2 Phương pháp mô phỏng của Krajnik và cộng sự
2.3 Mô phỏng dự đốn độ khơng trịn của bề mặt chỉ tiết khi mài vô tâm chạy dao hướng kính
2.3.1 Xác định mối quan hệ giữa dạ, o với các thông số hình học của 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 chính xác của thuật toán và chương trình mô phỏng 2.3.6 So sánh với kết quả thực nghiệm Kết luận chương 2 Chương 3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG HỆ THÓNG THÍ NGHIỆM 3.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 3.1.1 Chọn chỉ tiêu đánh giá
3.1.2 Chọn thông số đầu vào 3.1.3 Các yếu tố điều khiển được
Trang 73.2.3 Mau thi nghiém 3.2.4 Da thi nghiém 3.2.5 Sita da 3.2.6 Dung dịch trơn nguội 3.2.7 Thiết bị đo Kết luận chương 3
Chương 4 TÓI 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 tại các mức của các biến khi thí nghiệm khởi đầu 4.1.1.2 Ma trận thí nghiệm khởi đầu
4.1.2 Thí nghiệm bề mặt chỉ 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 tại các mức của thông số thí nghiệm
4.2.2 Kết quả thí nghiệm 4.2.3 Phân tích kết quả
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 A
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 quả của các thuật toán tối ưu đối với 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 quả của các thuật toán tối ưu đối với hàm
Trang 8mục tiêu nhám bề mặt 4.3.7 Tối ưu đa mục tiêu
4.3.7.1 Sử dụng thuật toán giảm gradient tông quát
4.3.7.2 Sử dụng thuật toán di truyền
4.3.7.3 Thí nghiệm so sánh kết quả của các thuật toán tối ưu đối với hàm đa
mục tiêu
Kết luận chương 4
KET LUAN CHUNG VA HUONG PHAT TRIEN CUA LUAN ÁN DANH MUC CAC CONG TRINH DA CONG BO CUA TAC GIA
Trang 9DANH MUC CAC kY HIEU, CHU CAI VIET TAT Ky hiéu Y nghia Don vi A Độ không tròn pm
Aup Độ không tròn khi mô phỏng um
Avg Độ không tròn khi thí nghiệm ụm
Ra Sai lệch số học trung bình của profin - Độ nhám um
A Góc xoay của ụ đá dẫn trong mặt phẳng thắng đứng Độ
đựy Tim Đường kính, bán kính đá mài mm
Đại Tạ Đường kính, bán kính đá dẫn mm
4„, r„ | Đường kính, bán kính chỉ tiết mm
i Chiều cao tâm chỉ tiết so với đường thẳng nối tâm đá mm
mài và tâm đá dân
# Góc nghiêng bề mặt thanh tỳ so với phương ngang Độ
8 Góc cao tâm của chỉ tiết Độ
S, Lượng chạy dao hướng kính um/s
Sự Lượng chạy dao dọc khi sửa đá mài mm/ph
Ấy Lượng chạy dao dọc khi sửa đá dẫn mm/ph
tụ Chiều sâu sửa đá mài mm
ti, Chiều sâu sửa đá dẫn mm
Vim Vận tốc đá mài m/s
Vag Vận tốc đá dẫn m/ph
Vụ Vận tốc chỉ tiết m/ph
h, Chiều cao gá đĩa sửa đá dẫn so với tâm đá dẫn mm
Góc xoay của thước sửa đá dẫn trong mặt phẳng song
ó, song với mặt phăng tiếp tuyến của bề mặt đá dẫn tại Độ điểm tiếp xúc giữa bề mặt đá dẫn và dụng cụ sửa đá
6 Góc xác định vị trí tức thời của chỉ tiết gia công Độ Góc hợp bởi pháp tuyến chung của bề mặt đá mài — bề
ữ mặt chỉ tiết và pháp tuyến chung của bề mặt thanh tỳ - bề mặt chi tiết Độ
Trang 10
Ab, Ar | Sai sé trén bề mặt phôi mm
AL AL Luong dich chuyển tâm chỉ tiết theo phương vuông góc
b2 r với bề mặt đá mài tại điểm tiếp xúc với bề mặt đá mài mm
Su Quãng đường chạy dao hướng kính tính đến thời điểm mm
we chi tiết quay được góc Ø
a Lượng giảm bán kính lý thuyết của chỉ tiết tại thời điểm mm
“ chỉ tiết quay được góc Ø
r Lượng giảm bán kính thực tế của chỉ tiết tại thời điểm mm
o chi tiêt quay được góc Ø
M Hệ số đàn hồi của hệ thống công nghệ
tie Chiéu sau cat diéu chinh mm
i, Chiều sâu cắt thực tế mm
a, Luong dư gia công (tính theo bán kính) mm
, Mức độ 6n định hình học
“a Độ lớn của vấu lồi hình thành trên bề mặt chỉ tiết mm
Xu Lượng dịch tâm chỉ tiết mm
Lượng dịch chuyền của ụ đá theo phương pháp tuyến
Xia (t) với bề mặt chỉ tiết tại điểm tiếp xúc với bề mặt đá sau mm khoảng thời gian rf
mM, Khối lượng của chỉ tiết kg
E"„ F““, | Thành phần lực pháp tuyến trên bề mặt đá mài, đá dẫn
r" và thanh tỳ tại điêm tiêp xúc với chi tiệt N FF” , F“, | Thanh phan lực tiếp tuyến trên bề mặt đá mài, đá dẫn và
Ft thanh tỳ tại điểm tiếp xúc với chỉ tiết N
Góc hợp bởi pháp tuyến chung của bề mặt đá mài — bề
Trang 11a Mức ý nghĩa £ Hệ số mạo hiểm P-value | Giá trị xác suất
CCD Central Composite Design - Dạng kế hoạch hỗn hợp tâm xoay
RSM Response Surface Method — Phuong pháp bề mặt chỉ tiéu
Generalized Reduced Gradient — Thuat toán giảm
GRG gradient tong quat : z 4
Trang 12DANH MUC CAC BANG BIEU
TT | Bang sé Nội dung Trang
1 1.1 | Giá trị Ø và A trong một số nghiên cứu 21
2 1.2 Giá trị S„ và A trong một số nghiên cứu 21
3 1.3 Giá trị S, và A trong một số nghiên cứu 22
4 1.4 Giá trị v„ và A trong một số nghiên cứu 22
5 1.5 Giá trị tôi ưu của j trong một số nghiên cứu 23
6 1.6 Một số công thức hướng dẫn xác định , Ø 23
7 1.7 Giá trị 8 va Ra trong mét s6 nghién citu 27
8 1.8 Gia tri S,, va Ra trong một số nghiên cứu 27
9 1.9 Gia tri S, va Ra trong một số nghiên cứu 28
10 | 1.10 | Giá trị v„ và Ra trong một số nghiên cứu 28
11 2.1 Giá trị M được lựa chọn trong một sô nghiên cứu 37 12 22 Các thông sô đầu vào của chương trình mô phỏng theo 39
phương pháp của Rowe và Barash
13 23 Các thông số đầu vào của chương trình mô phỏng theo 45 phương pháp của Krajnik và cộng sự
14 2.4 Các thông sô đâu vào của chương trình mô phỏng 54 15 2.5 Giá trị các thông sô đâu vào của chương trình mô phỏng 56 16 2.6 Giá trị các thông sô của đặc tính tiêp xúc 60
17 27 | Ảnh hưởng của Ø đến A khi thí nghiệm và khi mô phỏng | 61
18 28 Ảnh hưởng của S, đến A khi thí nghiệm và khi mô phỏng 62
19| 2.9 | Ảnh hưởng của v„ đến A khi thí nghiệm và khi mô phỏng | 63
20 3.1 Thành phân hóa học chính của mẫu thí nghiệm 71 Giá tri của các thông sô đầu vào tại các mức khi thí
21 4.1 se ak 77
nghiém khoi dau
22 4.2 Ma trận thí nghiệm khởi dau T7
23 4.3 Kêt quả ma trận thí nghiệm khởi đâu 78
Trang 13Giá trị của các thông sô đâu vào tại các mức khi thí 27 47 84 nghiệm CCD 28 4.8 Két qua ma trận thí nghiệm CCD 84 Thông tin mô hình hôi qui hàm mục tiêu A khi thí nghiệm 29 4.9 86 CCD 30 410 Ket qua phan tich phuong sai ham muc tiéu A khi thi 86 nghiệm CCD 1Í 4m Thơng tin mô hình hồi qui hàm mục tiêu Ra khi thí 98 nghiém CCD 32 412 Kết quả phân tích phương sai hàm mục tiêu Rø khi thí 89 nghiém CCD
33 4.13 | Giá trị các thông sô khi tôi ưu hàm mục tiêu A bang GRG 92 34 4.14 | Gia trị các thông sô khi tôi ưu hàm mục tiêu A băng GA 93
Giá trị tối ưu của các thông số , Š,„, S,, v„, và giá trị
35 | 4.15 |hàm mục tiêu A khi giải bài toán tối ưu bằng hai thuật| 93
toán GRG và GA
36 4.16 | Kêt quả thí nghiệm đôi với hàm mục tiêu A 95 Thông tin so sánh Mean, StDev và SE-Mean hàm A của
37 4.17 " 96
GA so với GRG
38 | 4.18 | Giá trị các thông số khi tối ưu hàm mục tiêu Rø bằng GRG 97 39 | 4.19 | Giá trị các thông số khi tối ưu hàm mục tiêu Ra bangGA | 98
Giá trị tối ưu của các thông số , Š,„, S,, v„, và giá trị
40 | 4.20 | hàm mục tiêu Ra khi giải bài toán tối ưu bằng hai thuật| 98
toán GRG và GA
41 4.21 Kết qua thí nghiém déi voi ham muc tiéu Ra 99 Thông tin so sánh Mean, StDev và SE Mean hàm Ra cua
42 4.22 100
GA so với GRG
43 | 4.23 | Giá trị các thông số khi tôi ưu hàm đa mục tiêu ƒ(x) bằngGRG | 102
44 | 4.24 | Giá trị các thông số khi tối ưu hàm đa mục tiêu ƒ(x) bằngGA | 103
Giá trị tôi ưu của các thông số , Š„„, Š,, vự và giá trị
45| 4.25 | hàm đa mục tiêu f(x) khi giải bài toán tối ưu bằng hai| 104
thuật toán GRG và GA
Kết quả mài thí nghiệm bộ thông SỐ 8 S„ S, vự„ khi giải
46| 4.26 bài toán tối ưu hàm đa mục tiêu ƒ(x) theo thuật toán GRG ee 104
Trang 14
Kết quả mài thí nghiệm bộ thông số Ø, S,„, S,, v„, khi giải 47 4.27 Kì 105
bài toán tôi ưu hàm đa mục tiêu ƒ(+) theo thuật toán GA
Giá trị hàm đa mục tiêu ƒ(x) khi mài với bộ thông số tối
48 4.28 ¬ aad ` 106
ưu Ø, Š„ %,, vự„ của hai thuật tốn GRG và GA
Thơng tin so sánh Mean, StDev và SE-Mean hàm ƒ(+)
491 4.29 của thuật toán GRG và GA 107
Trang 15
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
TT | Hình số Nội dung Trang
1 11 Một sô dạng chi tiết gia công băng phương pháp mài vô 7 tam
2 1.2 Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hướng kính 3 1.3 So dé biéu thi góc cao tâm £ 4 1.4 Vi tri gá dụng cụ sửa đá dẫn 12 5 1.5 Tiệp xúc giữa chỉ tiết và đá dẫn 13 6 1.6 Độ không tròn 13 7 1.7 Độ ô van 14 8 1.8 Độ đa cạnh 14 9 1.9 Độ côn 15 10 1.10 Độ yên ngựa 15 11 1.11 D6 tang trong 16 12 1.12 Sai lệch số học trung bình của profin Ra 16 13 1.13 | Độ én định hình học 18
14 1.14 | Xu hướng nghiên cứu về độ không tròn của bê mặt chi tiệt 19
15 1.15 Sửa đá dẫn băng đĩa kim cương 19
16 1.16 | Xu hướng nghiên cứu về độ nhám bê mặt của chỉ tiêt 25 17 1.17 Xu hướng nghiên cứu về mô phỏng quá trình mài vô tâm 29 18 1.18 | Xu hướng nghiên cứu về tôi ưu quá trình mài vô tâm 30 19 21 Mô hình xây dựng phương trình cơ sở cho chương trình 44
mô phỏng
20 22 Sự dịch chuyên tâm chỉ tiết do phôi không chính xác 34
21 2.3 | Biéu đồ biểu diễn phương pháp mô phỏng 38
22| 2.4 | Ảnh hưởng của Ø, z đến A 40
23 2.5 Sơ đô phân tích động lực học chi tiệt gia cong 42 24 2.6 Sơ đồ khôi phương pháp mô phỏng của Krajnik và cộng sự |_ 45
25 27 | Sơ đồ xác định ø, và Ø, 48
Mô hình quá trình mài vô tâm chạy dao hướng kính dạng
26 2.8 3 „ 49
tong quat
27 2.9 Thuật tốn mơ phỏng quá trình mài vô tâm chạy dao hướng kính 51 28 2.10 | Từng khơi mơ tả thuật tốn trên hình 2.9 52
29 2.11 So sánh mức độ ôn định hình học 57
Trang 16
30 2.12 So sánh độ lớn vâu lôi hình thành trên bê mặt chi tiét 58
31 2.13 So sánh lượng dịch chuyền tâm chỉ tiết 58
32 | 2.14 | So sánh hình dạng chỉ tiết 59
33 2.15 Ảnh hưởng của Ø đến A khi thí nghiệm và khi mô phỏng 62 34 2.16 Ảnh hưởng của S, đến A khi thí nghiệm và khi mô phỏng 62
35 2.17 | Ảnh hưởng của v„, đến A khi thí nghiệm và khi mô phỏng 63
36 3.1 Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm 65
37 3.2 | Mẫu thí nghiệm 71
38 3ã Thước đo nông độ dâu REF-5I1 72
39 3.4 Thiết bị đo độ không tròn 73
40 3.5 Máy đo độ nhám SJ-401 74
4I 4.1 Đô thị hàm thích nghi của hàm mục tiêu A băng thuật toán GA 93 42 4.2 Đồ thị so sánh Mean hàm A của GA so với GRG 96
Đô thị hàm thích nghi của hàm muc tiéu Ra bang thuật
4 43 98
toan GA
44 4.4 Đồ thị so sánh Mean hàm Ra của GA so với GRG 101 45 4.5 Đồ thị hàm thích nghi của hàm đa mục tiêu f(x) 103
Đồ thị so sánh Mean ham f(x) cua hai thuật toán GRG và
46 4.6 GA 108
Trang 17
Trong gia công cơ khí, mài vô tâm là một phương pháp được sử dụng phổ biến, phương pháp này có năng suất cao hơn nhiều lần so với mài có tâm nhờ thời gian ga dat va thao dé chỉ tiết ít; độ cứng vững của máy mài vô tâm cao hơn so với
máy mài có tâm [17], [18], [79] Khi mài vô tâm bề mặt trụ ngoài, chỉ tiết được định
vị bằng chính bề mặt gia công nên có thể giảm bớt lượng dư gia công; có thể nâng
cao chế độ mài (tốc độ chỉ tiết) và gia công được chỉ tiết có đường kính nhỏ với tỷ
lệ chiều dài/đường kính (/đ) lớn hơn so với phương pháp mài có tâm vì chỉ tiết được gá trên thanh tỳ và đá dẫn có độ cứng vững cao; nếu sử dụng đá có chiều dày lớn có thể giảm đáng kể số lần chạy dao đọc Đối với phương pháp mài vô tâm chạy dao hướng kính, khi gia công bề mặt ngoài: có thể gia công các chỉ tiết dạng bậc, chỉ tiết dạng côn hoặc nhiều chỉ tiết đồng thời [18] Ngoài ra, phương pháp này còn đang được sử dụng để gia công các chỉ tiết có hình đáng, kích thước nhất định mà đối với các phương pháp khác (tiện, mài tròn ngoài, ) khó thực hiện được như con d6i xupap, piston, bi c6n,
Cũng như các phương pháp gia công cắt gọt khác, chất lượng gia công tỉnh các bề mặt trụ bằng phương pháp mài được đánh giá qua nhiều thông số Trong đó, độ không tròn và độ nhám của bề mặt chỉ tiết là hai trong số những thông số kỹ thuật quan trọng có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc cua chi tiết [3], [18], [28],
[29], [30], [84], [121]
Co chế hình thành độ không tròn, độ nhám của bề mặt chỉ tiết khi mài vô tâm
thường phức tạp và phụ thuộc nhiều vào các yếu tố (chế độ cắt, chế độ sửa đá, công
nghệ trơn nguội) và các yếu tố của hệ thống công nghệ (thông số hình học, độ cứng vững, đặc tính tiếp xúc, ) [18], [28], [29], [84], [121]
Trang 18nghề cao [100] Những lý do trên thường làm hạn chế việc cải thiện độ không tròn, độ nhám của bề mat chi tiết; hạn chế việc nâng cao hiệu quả của quá trình mài vô tâm Nếu xác định được giá trị các thông số của quá trình gia công để đảm
bảo chỉ tiết có độ không tròn, độ nhám nhỏ sẽ giúp giảm thời gian điều chỉnh máy —
thời gian gia công thử, góp phần nâng cao hiệu quả của quá trình mài
Ở Việt Nam, mài vô tâm được sử dụng nhiều trong lĩnh vực gia công tinh các sản phẩm của động cơ, ô tô, vòng bi, công nghệ dệt, Kết quả khảo sát 3 đơn vị
sản xuất trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên tại thời điểm tháng 6/2013 bao gồm: Công
ty TNHH MTV Diesel Sông Công Thái Nguyên, Công ty CP Cơ khí Phổ Yên và Công ty Cổ phần Phụ tùng máy số I cho thấy: các mặt hàng gia công bằng phương pháp mài vô tâm khá đa dạng; chỉ tính riêng chi phí cho lương công nhân đứng máy
đã lên tới hàng tỷ đồng mỗi năm (phụ lục 1)
Thép 20X thuộc loại thép hợp kim thấp được sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy Loại thép này hiện đang được dùng phổ biến (ở trạng thái thắm các
bon và tôi) để chế tạo một số loại chỉ tiết của động cơ, đồ định vị, với phương
pháp mài vô tâm được chọn để gia công tinh các bề mặt trụ yêu cầu độ chính xác cao Chỉ tính riêng đối với sản phẩm con đội xupap của động cơ được chế tạo từ loại thép 20X thấm các bon: mỗi tháng cần tới 1500 + 2000 chiếc đối với mỗi loại động cơ, và là các sản phẩm đang được xuất khẩu đi nhiều nước như Indonesia, Srilanka, Hàn Quốc, Nhật Bản [19] Còn đối với con đội xupap của loại động cơ
Diesel RV125 phục vụ nhu cầu trong nước: mỗi năm, chỉ tính riêng Công ty TNHH
MTV Diesel Sông Công Thái Nguyên đã sản xuất khoảng 96.000 chiếc từ loại thép 20X thấm các bon bằng phương pháp mải vô tâm chạy dao hướng kính (phụ lục 1)
Mặc dù đã được nghiên cứu bởi nhiều Nhà khoa học, nhưng đến nay cho thấy vẫn còn nhiều vấn đề cần tiếp tục được nghiên cứu về mải vô tâm Theo số liệu thống kê một
số nghiên cứu về mài vô tâm được công bố từ năm 1964 đến 2015 (phụ lục 2) trên
các tạp chí uy tín như: International Journal of Machine Tools & Manufacture,
Trang 19- Số lượng các nghiên cứu về mài vô tâm được công bồ trong các giai đoạn tăng dần theo thời gian và tăng rất nhanh trong những năm gần đây Cụ thể: số lượng các nghiên cứu đã công bố tăng dần theo các giai đoạn 1964 + 1975; 1975 +
1985; 1985 + 1995; 1995 + 2005; 2005 + 2015 Riêng 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 và độ nhám bề mặt chỉ 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 bồ
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 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 gia công thử - Giảm (cải thiện) độ không tròn của bề mặt chỉ tiết gia công
- Giảm (cải thiện) độ nhám của bề mặt chỉ tiết gia công
4 Nội dung nghiên cứu
Để đạt được những mục đích kể trên, nội dung nghiên cứu gồm: 1 Nghiên cứu tổng quan về mài vô tâm
Trang 20dạng hình học của sản phẩm
3 Nghiên cứu thực 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 gia tri tối ưu của một sỐ thông số của quá trình mài vô tâm
6 Nghiên cứu thực nghiệm đề so sánh kết quả của các thuật toán tối wu da str dung 5 Phạm vi nghiên cứu
Trong điều kiện thực hiện luận án, phạm vi nghiên cứu được giới hạn như sau: - Nghiên cứu ưu điểm, nhược điểm, phạm vi ứng dụng của phương pháp mài vô tâm; một số thông số cơ bản của quá trình mài cũng như một số dạng sai hỏng thường gặp khi mài vô tâm chạy dao hướng kính; ảnh hưởng của một số thông số của quá trình gia công đến độ không tròn và độ nhám bề mặt
- Nghiên cứu một số công bồ trên thế giới về mô phỏng quá trình mài vô tâm
chạy dao hướng kính; cải thiện một trong số các công bố đó dé xây dựng thuật toán cho việc dự đoán độ không tròn của bề mặt chỉ tiết
- Nghiên cứu mục đích của việc thí nghiệm; cơ sở và những yêu cầu đối với
thông số đầu vào, thông số đầu ra khi nghiên cứu thực nghiệm; những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống thí nghiệm và xây dựng hệ thống thí nghiệm
- Nghiên cứu tối ưu quá trình mài vô tâm thép 20X thấm các bon, bao gồm: thí nghiệm theo phương pháp bề mặt chỉ tiêu, xây dựng hàm hồi qui thể hiện mối quan hệ giữa độ không tròn và độ nhám bề mặt với một số thông số của quá trình gia công: ứng dụng một số thuật toán trong việc giải các bài toán tối ưu và so sánh kết quả của các thuật toán tối ưu đã sử dụng thông qua thực nghiệm
6 Phương pháp nghiên cứu
Trang 21- Nghiên cứu mô phỏng: Nghiên cứu mô hình hóa - mô phỏng quá trình mài và một số phương pháp mô phỏng quá trình mài vô tâm chạy dao hướng kính đã được công bố trên những tạp chí Quốc tế có uy tín cao, được nhiều nhà khoa học
tham khảo Phân tích những phương pháp mô phỏng đó để xác định những vấn đề
còn phải tiếp tục nghiên cứu Từ đó tiến hành nghiên cứu xây dựng thuật toán và
viết chương trình mơ phỏng để dự đốn độ không tròn của bề mặt chỉ tiết khi mài vô tâm chạy dao hướng kính; đánh giá độ chính xác của thuật tốn thơng qua việc so sánh với một thuật tốn đã được cơng bố trong một tạp chí Quốc tế có uy tín thuộc nhóm ISI, IE = 3.35 (International Journal of Mechine Tools & Manufacture — ELSEVIER) va so sanh voi két qua khi thi nghiệm của tác giả Sau đó sử dụng chương trình mô phỏng để định hướng cho nghiên cứu thực nghiệm và nghiên cứu tối ưu quá trình mài
- Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu cơ sở khoa học và tiến trình của quá trình thực nghiệm; xây dựng và sử dụng hệ thống thí nghiệm là những thiết bị hiện
đại đã được kiểm tra định kỳ bởi các tổ chức uy tín (phụ lục 3), gắn liền với thực tế
sản xuất; phương pháp quy hoạch thực nghiệm khoa học (theo một số tài liệu, trong đó có những tài liệu đã và đang được nhiều nhà khoa học tham khảo khi nghiên cứu thực nghiệm [4], [13]): kết hợp với phần mềm xử lý số liệu chuyên dùng (Minitab)
dé phân tích số liệu và xây dựng các phương trình hồi qui làm cơ sở cho việc điều
khiển và tối ưu quá trình mài
- Nghiên cứu tối ưu: Nghiên cứu và sử dụng thuật toán truyền thống (thuật toán giảm gradient tổng quát), thuật toán hiện đại (thuật giải đi truyền) đang được nhiều nhà khoa học sử dụng; kết hợp với phần mềm của hãng Microsoft và chương
trình tiến hóa được viết bởi GS Noyan Turkkan (2001) [112] (Dai hoc Dé Moncton
- Canada) đề giải các bài toán tối ưu; so sánh kết quả của các thuật toán tối ưu đã sử dụng thông qua thực nghiệm
Trang 22Đóng góp một số kết quả vào hướng nghiên cứu về mài vô tâm đã và đang
được các nhà khoa học quan tâm là Mô hình hóa - Mô phỏng, Tôi ưu hóa và Điều
khiển quá trình mài:
1 Cải thiện thuật toán của một công trình nghiên cứu trên thế giới để xây
dựng thuật toán và chương trình máy tính mô phỏng quá trình mài vô tâm chạy dao
hướng kính
2 Xây dựng được 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 chỉ tiết khi mài vô tâm chạy đao hướng kính
3 Xây dựng mô hình độ không tròn, độ nhám của bề mặt chỉ tiết với một số thông số của quá trình gia công làm cơ sở cho việc điều khiển hay tối ưu quá trình mài
4 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu mô phỏng, nghiên cứu thực nghiệm và nghiên cứu tối ưu quá trình mài được trình bày trong luận án tạo cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu quá trình mài ứng với các điều kiện khác nhau
7.2 Ý nghĩa thực tiễn
1 Sử dụng thuật toán và chương trình mô phỏng cho phép đảm bảo và cải thiện độ không tròn của bề mặt chỉ tiết gia công; giảm thời gian điều chỉnh máy - thời gian gia công thử
2 Tính gia công của vật liệu phụ thuộc nhiều vào thành phần hóa học của vật liệu gia công Do đó, những kết quả nghiên cứu khi mài tỉnh thép 20X thấm các bon, ngoài việc được áp dụng đề mài tỉnh thép 20X thấm các bon thì còn được dùng dé tham khảo khi mải vô tâm các loại vật liệu có thành phần hóa học lớp bề mặt gần giống như thành phần hóa học của vật liệu lớp bề mặt thép 20X thắm các bon
3 Việc áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất sẽ góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình mài vô tâm
4 Kết quả của luận án còn để tham khảo trong công tác đào tạo cán bộ kỹ thuật, học viên cao học, nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật cơ khí tại các Viện nghiên cứu và các Trường Đại học
Trang 231.1 Ưu - nhược điểm, phạm vi ứng dụng của phương pháp mài vô tâm
1.1.1 Ưu - nhược điểm
Trong gia công cơ khí nói chung và gia công bằng phương pháp mài nói
riêng, nếu kéo đài thời gian phụ, thời gian gá đặt - tháo đỡ chỉ tiết sẽ làm tăng chỉ
phí của quá trình gia công Đối với phương pháp mài vô tâm bề mặt trụ ngoài, có ưu
điểm là không cần gia công lỗ tâm như một số phương pháp gia công khác (tiện,
mài có tâm, ), mà chỉ tiết được định vị bằng chính bề mặt gia công của nó Điều
này làm giảm thời gian phụ, thời gian gá đặt - tháo dỡ chỉ tiết, đồng thời tránh được
sai số gia công do sai số của lỗ tâm gây ra Ngoài ra mài vô tâm còn có ưu điểm: gia công được chỉ tiết có đường kính nhỏ hơn so với phương pháp mài có tâm; không cần cơ cấu kẹp chặt chỉ tiết khi gia công, sẽ tiết kiệm thời gian phụ, đễ tự động hóa quá trình ø1a công
Tuy nhiên, mài vô tâm còn một số nhược điểm sau [6], [17]: - Điều chỉnh máy phức tạp
- Khó có khả năng đảm bảo độ đồng tâm giữa các bậc trục
- Khó mài những bề mặt gián đoạn
1.1.2 Phạm vi ứng dụng
Hình 1.1 Một số dạng chỉ tiết gia công bằng phương pháp mài vô tâm [67]
Trang 24tiết của động cơ, đồ định vị, một số chỉ tiết trong ngành công nghệ đệt, (hình I I) 1.2 Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hướng kính
Khi gia công bề mặt trụ ngoài bằng phương pháp mài vô tâm chạy dao
hướng kính: vị trí của chỉ tiết gia công nằm ở giữa đá mài, thanh tỳ, đá dẫn và cữ
chặn, những thành phần này quyết định tốc độ quay của chỉ tiết gia công Đối với đa
số các máy mài vô tâm khi thực hiện mài chạy dao hướng kính: đá dẫn, chỉ tiết,
thanh tỳ và cữ chặn sẽ tiến về phía tâm đá mài trong quá trình mài Đồng thời để
định vị chỉ tiết được chắc chắn theo hướng đọc trục thì cần phải tạo ra lực kẹp bằng
cách xoay đá dẫn trong mặt phẳng thắng đứng một góc 4 khoảng 0,5° [16], [18],
[79] Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hướng kính bề mặt trụ ngoài được trình bày trong hình 1.2 Chỉ tiết z gia công Ct chan ` =—=A=======id Thanh tỳ
Trang 25Góc cao tâm Ø là góc hợp bởi hai tiếp tuyến của bề mặt chỉ tiết tại diém tiém
xúc giữa bề mặt chỉ tiết với bề mặt đá mài và bề mặt đá dẫn Sử dụng # để mô tả vị
trí của chỉ tiết gia công trong hệ thống công nghệ (hình 1.3) ™
Hình 1.3 Sơ đô biểu thị góc cao tâm 8
Mối quan hệ giữa Ø với một sỐ thông số hình học của hệ thống công nghệ được thể hiện trong biểu thức sau [3]: h h 8Ø =arcsin - son Tu TT Tag +My a _ | A-r,-H _ | A-r,-H = arcsin} ——“—— |+arcsin| ——#—— Tan thy Tag + hy Trong do:
8 - Góc cao tâm của chỉ tiết
h - Chiều cao tâm chỉ tiết, là khoảng cách từ tâm chỉ tiết đến đường thẳng nối tâm đá mài và tâm đá dẫn
„„ - Bán kính đá mài
Trang 26r„ - Bán kính đá dẫn
r„ - Bán kính chỉ tiết gia công
A - Khoảng cách từ đáy thanh tỳ đến đường sinh cao nhất của chỉ tiết
H - Khoảng cách từ đáy thanh tỳ đến đường thẳng nối tâm đá mài và tâm đá
dẫn (giá trị của H được ghi rõ trong catalog của từng loại máy)
Theo Trần Văn Địch và cộng sự (2003) [6]: hầu hết các quá trình mài vô tâm đều được thực hiện trong trường hợp tâm chỉ tiết cao hơn đường thẳng nối tâm đá mài và tâm đá dẫn (/ >0) Giá trị của có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt chỉ tiết gia công:
- Nếu Ø quá lớn sẽ làm cho chỉ tiết bị rung động trong quá trình mài, chỉ tiết có xu hướng bị nhấc lên theo phương thắng đứng, giảm điều kiện tiếp xúc giữa bề
mặt chỉ tiết với bề mặt đá mài, bề mặt đá dẫn và thanh tỳ, đồng thời chỉ tiết có xu
hướng bị bật ra khỏi vùng gia công
- Tuy nhiên, nếu quá nhỏ sẽ làm tăng áp suất tiếp xúc giữa bề mặt chỉ tiết
với bề mặt đá mài, bề mặt đá dẫn và bề mặt thanh tỳ, ảnh hưởng đến chuyển động
quay đều của chỉ tiết, gây ra sai số gia công và có thể gây biến dạng vật mài [18] 1.3.2 Lượng chạy dao hướng kính
Khi tăng lượng chạy dao hướng kính (S,) sẽ làm tăng tốc độ bóc vật liệu Tuy nhiên, tăng tốc độ bóc vật liệu sẽ làm tăng chiều dày lớp phoi được bóc đi, tăng lực tác động lên mỗi hạt mài, tăng lực cắt và làm tăng hiện tượng tự mài sắc Kết quả là độ nhám bề mặt tăng và đá nhanh mòn [79]
1.3.3 Vận tốc đá mài
Khi tăng vận tốc đá mài (v„„) sẽ cho phép tăng Š, Nếu tăng v„„ mà không
tang S,, sé lam giảm chiều dày lớp phoi được bóc đi Trong trường hợp này sẽ làm giảm độ nhám bề mặt và giảm lực cắt, đồng thời giảm hiện tượng tự mài sắc Mục đích của việc tăng v„„ dm là cho phép tăng S,, nang cao nang suất mà vẫn đảm bảo duoc chat luong bé mat gia cong [79]
Trang 271.3.4 Vận tốc chỉ tiết
Vận tốc của chỉ tiết (y„) được điều chỉnh thông qua vận tốc của đá dẫn (Yaa) + Khi gia công, nếu v„ cao sẽ làm tăng mức độ rung động, đặc biệt là đối với những
chỉ tiết có đường kính nhỏ Ngược lại, nếu v„ thấp sẽ kéo dài thời gian tiếp xúc tại
một điểm trên bề mặt chỉ tiết với bề mặt đá mài, có thể gây ra hiện tượng cháy bề
mặt Do đó, cần thiết phải xác định v„ trong từng trường hop cụ thể [79]
1.3.5 Sửa đá mài
Khi đá mòn cần phải sửa đá để khôi phục khả năng cắt và hình dạng đúng
của bề mặt đá
Sửa đá khôi phục được khả năng cắt của đá vì:
- Hạ thấp độ mòn của chất dính kết làm cho các hạt mài nhô lên khỏi chất
dính kết (tạo không gian chứa phoi) - Tạo các lưỡi cắt mới
Theo một số nghiên cứu: chiều sâu („) và lượng chạy dao dọc khi sửa đá
(S„) có ảnh hưởng nhiều đến topography của đá mài (tập hợp các lồi lõm trên bề sd
mặt của da duoc goi la topography cua đá mài [I], [7]), qua đó ảnh hưởng đến khả nang cat của đá [1], [2] [7] [8]:
- Néu ¢,, va S,, ting, sé làm tăng độ nhám bề mặt gia công, giảm lực cắt, giảm nhiệt cắt, giảm rung động, tăng tuổi bền của đá
- Nếu ¢,, va S,, giảm, sẽ ảnh hưởng đến không gian chứa phoi trên bề mặt đá, việc đưa dung dịch trơn nguội vào vùng cắt và thoát nhiệt khó khăn, làm tăng
nhiệt cắt và có thể gây cháy bề mặt
1.3.6 Sửa đá dẫn
Khi mài vô tâm chạy dao hướng kính, để định vị chỉ tiết được chắc chắn theo
hướng dọc trục cần phải tạo ra lực kẹp bằng cách xoay đá dẫn trong mặt phẳng thẳng đứng một góc 4 khoảng 0,5; có nghĩa là đường tâm của đá dẫn sẽ không
song song với đường tâm của chỉ tiết gia công Như vậy, nếu đá dẫn được sửa theo
dạng hình trụ thì giữa bề mặt đá dẫn và bề mặt chỉ tiết chỉ tiếp xúc một điểm (chứ
Trang 28không phải là đường thẳng) và sẽ không đảm bảo được độ ồn định về vị trí của đường tâm chi tiết trong quá trình mài [16], [18], [79]
Theo Marinescu và cộng sự (2006) [79]: để đảm bảo tiếp xúc giữa bề mặt chỉ tiết và bề mặt đá dẫn là một đường thang thì dụng cụ sửa đá dẫn có thể được ga theo hai vị trí A hoặc B như trên hình 1.4 Chi|tiết ‘gia tông Đá|dẫn Hình 1.4 Vị trí gá dụng cụ sửa đá dẫn [79]
Khi gá dụng cụ sửa đá dẫn vào vị trí A: phải gá cao hơn tâm đá dẫn một lượng ñ„ Khi gá dụng cụ sửa đá dẫn vào vị trí B: ngoài việc gá dụng cụ sửa đá lệch so với tâm đá dẫn một lượng h„ theo phương thẳng đứng thì còn phải xoay thước sửa đá trong mặt phẳng song song với mặt phẳng tiếp tuyến của bề mặt đá dẫn tại điểm tiếp xúc giữa bề mặt đá dẫn và dụng cụ sửa đá một góc ¢,
Giá trị của h„, ó, được xác định theo các công thức sau [79]: d h = I dd dad, “ A fa = Jitd,/d, (1.3)
Trong đó: 4, ¡, dụ, đ„ tương ứng là góc xoay của đá dẫn trong mặt phẳng
thắng đứng, chiều cao tâm chỉ tiết so với đường thẳng nối tâm đá mài - tâm đá dẫn, đường kính đá dẫn và đường kính chỉ tiết
Nếu dụng cụ sửa đá dẫn được gá tại vị trí A hoặc B, đá dẫn sau khi sửa sẽ có
dạng hyperboloid và tiếp xúc giữa bề mặt chỉ tiết với bề mặt đá dẫn là một đường
thắng (hình 1.5)
Trang 291 Đường thẳng tiếp xúc giữa chỉ tiết và đá dẫn T ee” Hình dạng đá dẫn Chỉ tiết gia công
Hình 1.5 Tiếp xúc giữa chỉ tiết và đá dẫn [79]
1.3.7 Thanh tỳ
Thanh tỳ dùng để đỡ chỉ tiết trong quá trình mài và áp sát bề mặt chỉ tiết vào
bề mặt đá dẫn để nhận chuyên động từ đá dẫn Do đó, phải điều chỉnh cho bề mặt
thanh tỳ song song với đường tâm của đá mài để giảm sai số đạng côn, dạng yên ngựa, dạng tang trống trên bề mặt gia công, đồng thời đảm bảo cho chỉ tiết được ổn định khi gia công
Chiều dày của thanh tỳ được chọn nhỏ hơn đường kính chỉ tiết gia công
1+2(mm) nhưng thường không vượt qua 12 (mm) [18]
Vật liệu bề mặt thanh tỳ được chọn phụ thuộc vào vật liệu chỉ tiết gia công, phải đảm bảo độ cứng của bề mặt thanh tỳ lớn hơn độ cứng của vật liệu chỉ tiết gia
công Khi gia công thép nên chọn vật liệu bề mặt thanh tỳ là hợp kim cứng loại một cacbit; góc nghiêng của bề mặt thanh tỳ so với phương ngang có thể chọn
y =0+45", tuy nhién trong hầu hết các ứng dụng có thể chọn z=30° [79]
Trang 30Độ không tròn của bề mặt chỉ tiết (A) là khoảng cách lớn nhất từ các điểm
của profin thực tới vòng tròn áp [I4], [56], [88] (hình 1.6)
Độ không tròn của bề mặt chỉ tiết gia công do các nguyên nhân chính sau gây nên [17]:
- Ø quá nhỏ, z không phù hợp - w„ quá thấp
- Sai số hình đáng và độ không tròn của bề mặt chỉ tiết trước khi mài quá lớn
- Dung địch bôi trơn làm nguội không được cung cấp đủ b) Độ ô van Độ ô van là dạng sai lệch tiết diện của bề mặt chỉ tiết so với vòng tròn áp khi mà profin thực là hình ô van (hình 1.7) [14], [56] dmax Amin Hinh 1.7 Dé 6 van [14], [56]
Độ ô van do các nguyên nhân chính sau gây nên [17]: - Do độ đảo của trục mang đá dẫn
- Do chỉ tiết quay không đều
- Do không cung cấp đủ dung dịch trơn nguội vào vùng gia công c) D6 da canh
Độ đa cạnh là dạng sai lệch tiết diện của bề mặt chỉ tiết so với vòng tròn áp khi mà profin thực là hình nhiều cạnh (hình 1.8) [14]
SS’
Hình 1.8 Dé da canh [14]
Trang 31Độ đa cạnh do các nguyén nhan chinh sau [17]: - B qua bé - Truc mang da dan bi kep qua chat lam cho é quay cham - % quá lớn 1.4.2 Sai số theo phương dọc trục a) Độ côn
Độ côn của chỉ tiết thể hiện mức độ chênh lệch đường kính của chỉ tiết xét
trong một phạm vi chiều dài nhất định (hình 1.9) din dmax Hình 1.9 Độ côn Độ côn do các nguyên nhân chính sau [17]: - U đá dẫn có vị trí không đúng
- Bề mặt thanh tỳ không song song với đường tâm của đá mài - Cơ cầu cấp phôi (máng cấp phôi) có vị trí không đúng - Lượng dư cho mài tính quá bé
- Đầu sửa kim cương bị cùn b) Độ yên ngựa
Độ yên ngựa là dạng sai lệch mặt cắt dọc của chỉ tiết, khi đường sinh của bề mặt chỉ tiết có dạng đường cong lõm (hình 1.10) dinin dmax Hình 1.10 Độ yên ngựa Độ yên ngựa do các nguyên nhân chính sau [17]: - Bề mặt thanh tỳ bị cong về hướng đá mài
Trang 32- Đường tâm của chỉ tiết và đường tâm của đá mài không song song với
nhau
c) Độ tang trong
Độ tang trồng là dạng sai lệch mặt cắt dọc của chỉ tiết, khi đường sinh của bề
mặt chỉ tiết có dạng đường cong lỗi (hình 1.11) Độ tang trống xuất hiện do đá mài có profin dạng hyperloit khi mài chạy dao hướng kính [ L7] dinin dmax Hình 1.11 Độ tang trồng 1.4.3 Khuyết tật trên bề mặt gia công a) Độ nhám bề mặt
Độ nhám bề mặt được đánh giá qua nhiều chỉ tiêu, trong đó chỉ tiêu sai lệch
số học trung bình của profn (Ra) được sử dụng nhiều nhất [69] Ra là trung bình
số học các giá trị tuyệt đối của sai lệch profin y, trong khoảng chiều dài chuẩn ¡ Sai lệch profin y, là khoảng cách từ các điểm trên profin đến đường trung bình, đo theo phương pháp tuyến với đường trung bình [44] (hình 1.12)
y
Trang 33
- S,, qua lén
- Tuổi bền của đá mài thấp - Độ hạt của đá quá lớn
- Dung dịch bôi trơn làm nguội lẫn phế thải - Đầu sửa đá có chất lượng kém
b) Độ sóng bề mặt
Độ sóng bề mặt gia công do các nguyên nhân chính sau [17]:
- Đá mài được cân bằng không tốt
- Kẹp thanh tỳ hoặc đá mài trên bích gá chưa chặt - B qua lon
- wụ¡ quá lớn
- Lượng dư mài quá lớn
- Đá mài quá cứng hoặc có độ hạt quá nhỏ e) Vất cào xước trên bề mặt gia công
Vét cào xước trên bề mặt gia công do các nguyên nhân chính sau [ 17]:
- Do các hạt mài, phoi và các phế thải mài chưa được rửa khỏi bề mặt làm việc của thanh tỳ
- Đá mài có độ cứng không đều
- Dung dịch trơn nguội lẫn phế thải, lọc chưa tốt d) Vét cháy trên bề mặt gia công
Vết cháy trên bề mặt gia công do các nguyên nhân chính sau [17]: - Dung dịch trơn nguội được cung cấp không đủ
- „ quá thấp
- Đá có độ cứng quá cao - „ quá bé
1.4.4 Kích thước đường kính không én định
Kích thước đường kính không ồn định hay còn gọi là độ ổn định hình học
của bề mặt chỉ tiết, là đại lượng thể hiện mức độ thay đổi đường kính của bề mặt chi
Trang 34tiết tại các điểm khác nhau trên chu vi, xét trong một tiết diện vuông góc với đường tâm chỉ tiết (hình 1.13) [88] dị< dạ < dạ < d dự > dạ! > dạ! > d Hình 1.13 Độ ổn định hình học [88]
Quan sát hình 1.13 cho thấy: nếu số vấu lôi trên bề mặt càng lớn (độ ôn định hình học càng cao) thì kích thước đường kính chỉ tiết gia công có độ ồn định càng cao
Độ ổn định hình học do các nguyên nhân chính sau [17]: - không phù hợp
- Đá dẫn bị đảo
- Chỉ tiết bị nóng quá
- Độ cứng của đá mài quá thấp
- Lượng dư gia công không phù hợp
1.5 Ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ không tròn của bề mặt chỉ tiết
1.5.1 Xu hướng nghiên cứu về độ không tròn của bề mặt chỉ tiết
Từ số liệu thống kê một số nghiên cứu về độ không tròn của bề mặt chỉ 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 chỉ tiết khi mài vô tâm trong các giai đoạn tăng dần theo thời
gian Riêng trong giai đoạn 2005 + 2015 số lượng nghiên cứu về độ không tròn của
bề mặt chỉ tiết lớn hơn nhiều so với các giai đoạn trước và chiếm tới trên 49% số
nghiên cứu về độ không tròn của bề mặt chỉ tiết đã công bó từ 1964 đến 2015
Trang 35œ S *> S © = % nghiên cứu vê độ không tròn =~ ND a) = 1964+1975 |1975+1985 |1985+1995 |1995+2005 |2005+2015 |m% 4.92 8.20 16.39 21.31 49.18 Tỷ lệ nghiên cứu về độ không tròn trong các giai đoạn
Hình 1.14 Xu hướng nghiên cứu về độ không tròn của bê mặt chỉ tiết (phụ lục 2) 1.5.2 Ảnh hưởng của phương pháp sửa đá dẫn
Shih Albert (2001) [102] trong nghiên cứu của mình đã phân tích những hạn chế của phương pháp sửa đá dẫn thông thường (phương pháp sử dụng bút kim cương) làm ảnh hưởng đến độ không tròn của bề mặt chỉ tiết gia công Cụ thể: khi sử dụng bút kim cương để sửa đá dẫn sẽ gây ra hiện tượng "giao thoa - interference'"" giữa đường tâm của đá dẫn và đường tâm của chỉ tiết gia công làm
ảnh hưởng đến độ không tròn của bề mặt chỉ tiết Đồng thời Shih Albert cũng đã đề
xuất một phương pháp khác để sửa đá dẫn nhằm giảm độ không tròn của bề mặt chi tiết gia công Theo phương pháp này, dụng cụ sửa đá dẫn là một chỉ tiết dạng đĩa bằng kim cương, có đường kính bằng đường kính của chỉ tiết gia công, chiều cao gá đĩa sửa đá dẫn bằng chiều cao tâm chỉ tiết khi gia công và đĩa sửa đá di chuyển trên bề mặt đá dẫn theo hướng song song với đường tâm chỉ tiết và đường tâm đá mài (hình 1.15) [102] ° Chỉ tiết = “ gia công las -C| * 63 4 0 Thanh ty|
Trang 36Kết quả thí nghiệm của Shih Albert (2001) [102] cho thấy: khi sử dụng loại
dụng cụ sửa đá dẫn dạng đĩa, giá trị độ không tròn của bề mặt chỉ tiết giảm từ
1,7um xuống 0,2 um so với khi sử dụng bút kim cương
1.5.3 Ảnh hướng của độ chính xác biên dạng đá dẫn
Các tác giả Nakkeeran và Radhakrishnan (1989) [84] khi nghiên cứu về ảnh
hưởng của độ chính xác biên dạng đá dẫn đến độ không tròn trên bề mặt chỉ tiết đã
đưa ra một số kết luận:
- Mỗi sai số trên bề mặt đá dẫn sẽ gây ra độ không tròn trên bề mặt chỉ tiết gia công Sai số dạng vấu lồi trên bề mặt đá dẫn ảnh hưởng đến độ không tròn trên bề mặt chỉ tiết lớn hơn ảnh hưởng của sai số dạng mặt phẳng trên bề mặt đá dẫn
- Nếu tỷ lệ giữa đường kính đá dẫn và đường kính chỉ tiết (d„/4,„) là ước số của số vấu lồi trên bề mặt đá dẫn thì sẽ làm cho giá trị độ không tròn trên bề mặt chi tiết tăng
- Vị trí ban đầu của vấu lồi trên bề mặt đá dẫn (vị trí của vấu lồi trên bề mặt
đá dẫn tiếp xúc lần đầu tiên với bề mặt chỉ tiết trong quá trình mài) ảnh hưởng không đáng kê đến độ không tròn trên bề mặt chỉ tiết gia công
Sở đĩ có hiện tượng như trên là do khi trên bề mặt đá dẫn có vấu lồi, vấu lồi
này khi tiếp xúc với bề mặt chỉ tiết sẽ làm cho chỉ tiết bị đẩy lên phía trên và về phía
đá mài Kết quả: hoặc là đá mài sẽ cắt sâu vào bề mặt chi tiết hoặc là một phần trên
bề mặt chỉ tiết không được mài làm cho độ không tròn tăng
1.5.4 Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ và thông số sửa đá
Đã có một số nghiên cứu chỉ ra rằng: các thông số , Š„, Ÿ,, v„ có ảnh
hưởng đáng kể đến độ không tròn của bề mặt chỉ tiết Trong đó jđ có ảnh hưởng lớn
nhất đến độ không tròn, tiếp theo là đến mức độ ảnh hưởng của Š,„, Š, và v„, [3],
[11], [20] [79], [87], [94], [122]
Với mong muốn gia công được bề mặt chỉ tiết có độ không tròn nhỏ, các tác giả thường tập trung nghiên cứu điều khiển - lựa chọn giá trị của các thông số /, „, S¿, vụ Giá trị của các thông số này đã được sử dụng trong một số nghiên cứu được trình bày trong các bảng 1.1, bang 1.2, bang 1.3, bang 1.4
Trang 37Bảng 1.1 Giá trị 8 và A trong một số nghiên cứu
TT | Ø0) A(nmm) | Một số thông số về điều kiện thí nghiệm | TLTK
Thép 20X thâm các bon, đường kính 30 mm; da mai Cn80-TB1-G; vam = 34 m/s; Sk = 10 1 | 2,4+14,4 | 1,33+ , 7 > > 339,67 m/s; a, = 0,05 mm; tsa = 0,01 mm; Su = 300 I3] mm/ph 2 010 129 DO “không tròn của mâu trước khi thí [791 nghiệm là 9,2um 3 | 0,8z6,4 | 2,58z10,8 | Thép AISI1040, đường kính 25 mm [91]
Đường kính mẫu 270 mm; đá mài A-46-
4 8 1,81+3,6 | Kó-VX; độ không tròn của mẫu trước khi| [93] thí nghiệm 47+90,8 um
5 8 0,8+6,4 | Thép EN-30B, duong kinh 25,4 mm [94]
Thép có độ cứng trung bình, đường kính
6 Os aia 25,4 mm; đá mài 5A-46/54-K5-V50 5]
Thép có độ cứng trung bình, đường kinh | [109]
f iets Mi An 30 mm; đá mài A60MV
Thép S35C, duong kinh 24mm; da mai
8 6,6 7+24 RAS0N, [111]
Vat liệu mài Phe-rít, đường kính 36 mm;
9 6 1,8+7,9 | da mai SD400N-100M6; vam = 30m/s; Sx | [123]
= 15um/s
Bang 1.2 Gid tri S,, va A trong một số nghiên cứu
Trang 38Bảng 1.3 Giá trị S, và 4 trong một số nghiên cứu
TT| Sx (um/s) A (um) Một số thông số về điều kiện thí nghiệm | TLTK
Thép 20X thâm các bon, đường kính 30
- - mm; đá mài Cn80-TB¡-G; B = 7,142; vam
1 teal N5 5L NÐM = 34 m/s; vaa = 30,85 m/ph; az = 0,05 [20]
mm; tsa = 0,01 mm; Ssa = 300 mmíph
2 33,33+166,67 1+4 Thép EN52, đường kính 79,6 mm; đá mài A80-N5-V45 [24]
3 833:33.33 12:218 Mau thép thí nghiệm có đường kính [25] 25 mm và 27 mm 4 Thép EN52, đường kính 79,6 mm; đá 16,67+66,67 10+40 =| mai A100-L5-V45; Ssa = 100+500] [63] mmfph 5 10+25 8+50 Mẫu thí nghiệm có đường kính 30 mm; vạ =10 +40 míph [87] 6 25 0,8+6,4 | Thép EN-30B, đường kính 25,4 mm [94]
Vat ligu Phe-rit, duong kinh 36mm; da mai
a ali 2323 SD400N-100M6; Van=30m/s [tee]
- Vật liệu Phe-rít, đường kính 36 mm; đá
a l8 Liễ # đ2- Í mài SD400N-100M6; vay= 30 mực, [123]
Vật liệu Phe-rít, đường kính 36 mm; đá
? 20 1,34 = 2,87 mai SD400N-100M6; vam = 30 m/s [124]
Bang 1.4 Gid tri v,, va A trong mot số nghiên cứu
TT | vaa(m/ph) | A(uwm) | Một số thông số về điều kiện thí nghiệm | TLTK
Thép 20X thâm các bon, đường kính 30 - mm; đá mài Cn80-TB¡-G; vam = 34 m/s; 1 | 10,3+53,2 | 1,33+3,17 B = 7,140; Sự = 10 um/s; a, = 0,05 mm; [3] tsa = 0,01 mm; Ssq = 300 mm/ph Thép có độ cứng 62HRC; đá mài 97A- 2 20,2 21 80-J6-VEM [59] Mẫu thí nghiệm có đường kính 30 mm; 3 mm +10 Vet = 10 + 40 m/ph; B = 160, 200 [87]
Duong kinh mau 270 mm; da mai A-46-
Trang 39
TT | vaa(m/ph) | A(um) | Mộtsố thông số về điều kiện thí nghiệm | TUTK
Thép S35C, duong kinh 24 mm; da mai 7 61,8 7+24 RAS0N [111] Vật liệu Phe-rít, đường kính 36mm; đá mài 8 9 + 27,6 2,5+45 | SD400N-100M6; vam = 30 m/s; Sx = 10+50 | [122] m/s Vật liệu Phe-rít, đường kính 36 mm; đá mài +2 1,8+ 12
a } TƯNG dete SD400N-100M6; Vin = 30 m/s; Sx = 15 m/s eel
Vật liệu Phe-rít, đường kính 36 mm; đá mai
10 24 1,34+ 2,87 | SD400N-100M6; vam = 30 m/s; Sk = 20} [124]
m/s
Bảng 1.5 Giá trị tối tru của B trong mét sé nghién cứu
TT B(°) Một số thông số về điều kiện thí nghiệm TLTK
Trang 40Bên cạnh đó, với mục đích khi gia công chỉ tiết sẽ có độ không tròn nhỏ, một số tác giả đã đưa ra kết luận về giá trị tối ưu của góc cao tâm /j (bảng 1.5); xây dựng các công thức gần
đúng đề hướng dẫn xác định chiều cao tâm chỉ tiết ¡ và góc cao tâm /j (bảng 1.6)
Sở dĩ các công thức trong bảng 1.6 chỉ là công thức gần đúng để xác định ¡ và vì bản thân các công thức này cho kết quả khác nhau ứng với những trường
hop cụ thê về giá trị của d,,, dy, d, vay
Đề minh chứng cho nhận xét này, ta xét một ví dụ sau: một số thông số hình học của hệ thống công nghệ được chọn theo [71], bao gồm:
- Đường kính đá mài dự„ = 4970mm) - Đường kính đá dẫn du, =345(m)
- Đường kính chỉ tiết gia công đ,„, =390mm)
- Góc nghiêng của bề mặt thanh tỳ y = 300
- Góc cao tâm của chỉ tiết =8 - Chiều cao tâm chỉ tiết h =15,6(mm)
Thay giá trị của các thông số dụ, =4970mm); dụ =345(mm); d„, = 390mm)
vào công thức số (1) trong bảng 1.6 sẽ được ñ=13,980mm) có giá trị khác so với h=15,6(mm) [71]
Thay giá trị của d,, =497(mm); dy, =345(mm); d,, =39(mm); B=8*72/180
vào công thức số (2) trong bang 1.6 sé duge h=15,62(mm) cé gia trị khác so với h=15,6(mm) [71] và khác so với h=13,98(mm) duge tinh theo cong thitc (1)
Thay d,, =497(mm); d,,=345(mm); d, =39(mm); h=15,6(mm) vao cong thức (3) trong bảng 1.6 sẽ được j = 7,74” có giá trị khác so với 6 =8° [71]
Thay d,, =39(mm) vao cong thức (4) trong bang 1.6 sẽ được h=8,90mn) khác rất nhiều so với kết quả tính từ công thức (1), công thức (2) và khác so với
h=15,6(mm) [71]
Như vậy, ta thấy khi mài vô tâm chạy dao hướng kính có nhiều yếu tổ ảnh