Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số a1 và mũ số a2 của hàm tuổi bền T=A1VA2 tới hàm chi phí gia công k khi tiện

B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI o0o -KITNAKHONE SIMUANGVONG NGHIấN CU NH HNG CA H S A1 V S M A2 CA HM TUI BN T = A1VA2 TI HM CHI PH GIA CễNG K KHI TIN LUN VN THC S K THUT NGNH : CễNG NGH C KH H NI 2008 B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI o0o -KITNAKHONE SIMUANGVONG NGHIấN CU NH HNG CA H S A1 V S M A2 CA HM TUI BN T = A1VA2 TI HM CHI PH GIA CễNG K KHI TIN CHUYấN NGNH : CễNG NGH CH TO MY LUN VN THC S K THUT Ngi hng dn khoa hc : PGS TS NGUYN TRNG BèNH H NI 2008 LI cAM OAN Tôi xin cam oan ti lun NGHIấN CU NH HNG CA H S A1 V S M A2 CA HM TUI BN T = A1VA2 TI HM CHI PH GIA CễNG K KHI TIN ny l ca tụi tỡm hiu v nghiờn cu Cỏc kt qu v s liu lun ny l trung thc v quỏ trỡnh nghiờn cu v cng tỏc l nghiờm tỳc Mục lục Trang LI CAM OAN MC LC LI NểI U Chơng TI U HO QU TRèNH GIA CễNG CT GT MT YấU CU TT YU KHCH QUAN 1.1 Một số khái niệm tối u hóa trình gia công cắt gọt 1.1.1.Tối u hóa trình gia công cắt gọt 1.1.2 Các phơng pháp Tối u hóa trình gia công cắt gọt 1.1.2.1 Tối u hóa tĩnh 1.1.2.2 Tối u hóa động 1.2 Ví phải nghiên cứu tối u hóa trình gia công cắt gọt 10 1.2.1 Sự xuất thiết bị đại 11 1.2.2 Sự xuất vật liệu gia công 12 1.2.3 Các loại vật liệu dụng cụ cắt 12 1.2.3.1 Vật liệu gốm 12 1.2.3.2 Diamant đa tinh thể ( PKD) 13 1.2.3.3 Vật liệu Cubic Bonitrit ( CBN ) 15 1.2.4 Công nghệ phủ 15 1.2.5 Các thành tựu Công nghệ bôi trơn làm nguội 19 1.2.5.1 Công nghệ bôi trơn làm nguội tới trán 19 1.2.5.2 Công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu 21 1.2.6.gia công cắt gọt tốc độ cao 30 1.3 Một số khái niệm trình cắt gọt 36 1.3.1 Các khái niệm trinh tạo phoi 36 1.3.2 Các đại lợng đặc trng cho trình cắt 36 1.3.3 Các đại lợng đặc trng cho phí gia công trình cắt 36 1.3.4 Cơ sở kinh tế kĩ thuật tối u hóa trình cắt gọt 37 Chơng HM CHI PH GIA CễNG KHI TIN 39 2.1 Xây đựng hàm tuổi bền dụng cụ cắt tiện 39 2.1.1 Các dạng mòn dụng cụ cắt 39 2.1.2 Tuổi bền T phụ thuộc vào tốc độ cắt V bớc tiến S 42 2.2 Chỉ tiêu tối u hàm mục tiêu 47 2.2.1 Chỉ tiêu kĩ thuật thời gian gia công 48 2.2.2 Chỉ tiêu kĩ thuật chi phí gia công 50 2.3 Hàm mục tiêu gía thành gia công 54 2.3.1 Xây dựng hàm mục tiêu gía thành gia công 54 2.3.2 Xác định chế độ cắt tối u tiện 56 2.3.2.1 Xác định tốc độ cắt tối u v0 56 2.3.2.2 Xác định bớc tiến cắt tối u S0 58 2.3.3 Xác định chế độ cắt kinh tế tuổi bền kinh tề hợp lý 61 2.3.3.1 Xác định tốc độ cắt kinh tế v0KT 61 2.3.3.2 Xác định tuổi bền kinh tế T0KT 61 2.3.4 nh hởng chi phí liên quan đến chỗ làm việc chi phí liên quan đến dụng cụ cắt tới chi phí gia công K 2.3.4.1 ảnh hởng chỗ làm việc tới chi phí gia công K 62 63 2.3.4.2 ảnh hởng chi phí liên quan đến dụng cụ cắt tới chi phí gia công K 64 2.4 Hàm mục tiêu thơì gian gia công 65 2.4.1 Xác định tốc độ cắt tối u mặt thời gian gia công V0 67 2.4.2 Xác định bớc tiến cắt tối u mặt thời gian S0 67 2.5 Miền giới hạn tiện 69 2.5.1 Giới hạn phía bớc tiến dao nhỏ 69 2.5.2 Giới hạn phía bớc tiến dao lớn 69 2.5.3 Giới hạn phía tốc độ lớn cắt lớn 71 2.5.4 Giới hạn phía tốc độ cắt nhỏ 72 2.5.5 Các gới hạn khác 73 2.5.6 Miền giới hạn tiện 74 Chơng NH HNG CA H S A1 V S M A2 TRONG HM TUI BN T TI CHI PH GIA CễNG KHI TIN 75 3.1 Phân tích ảnh hửơng hệ số A1 hàm tuổi bền T tới chi phí gia công K 75 3.1.1 Phân tích ảnh hửơng hệ số A1 hàm tuổi bền T tới chi phí gia công K tiện 75 3.1.2 Kết luận 76 3.2 Phân tích ảnh hửơng số mũ A2 hàm tuổi bền T tới chi phí gia công K tiện 77 3.3.1 Phân tích ảnh hửơng số mũ A2 hàm tuổi bền T tới chi phí gia công K tiện 77 3.2.2 Kết luận 80 K T LUN CHUNG 81 TI LI U THAM KHO 82 LI CM N 84 Lời nói đầu Để nâng cao sức cạnh tranh trình hội nhập, cần phát triển sản xuất theo hớng hạ thấp chi phí gia công sở đảm bảo nâng cao chất lợng sản phẩm Tối u hóa trình sản xuất công cụ hữu hiệu để đạt đựơc mục tiêu Tuy nhiên Tối u hóa toàn trình sản xuất chế tạo khí toán lớn giải đợc sau khí thực đợc nhiệm vụ tối u hoá nguyên công trình gia công Nghiên cứu tối u hoá nguyên công nâng cao hiệu kinh tế kĩ thuật nguyên công mà tạo liệu quan trọng phục vụ việc tự động hoá trình chuẩn bị công nghệ, rút ngắn thời gian khối lợng lao động chuẩn bị sản xuất, đồng thời tạo điều kiện cho việc điều khiển nguyên công tiến tới tự động hoá trình sản xuất Hà Nội, Ngày Tháng 02 năm 2008 Tác giả KITNAKHONE SIMUANGVONG Chơng TI U HểA QU TRèNH GIA CễNG CT GT-MT YấU CU TT YU KHCH QUAN 1.1 Một số khái niệm tối u hóa trình gia công cắt gọt 1.1.1 Tối u hóa trình gia công cắt gọt Tối u hóa trình gia công cắt gọt phơng pháp xác định chế độ cắt tối u thông qua việc xây đựng mối quan hệ tóan học hàm mục tiêu kinh tế trình gia công với thông số chế độ cắt tơng ứng với hệ thông giới hạn vế mặt chất lợng , kĩ thuật tổ chc nhà máy Nh thực chất việc xác định chế đọ cắt tối u giải tóan tìm cực trị có điều kiện biên bất phơng trình Quá trình bao gốm bứơc sau đây: - Xây dung hàm mục tiêu - Xây dựng miền giới hạn toán - Giải biện luận kết Trong thực tế,hiện tồn hai dạng toán tối u: tối u hóa tĩnh tối u hóa động 1.1.2 Các phơng pháp tối u hóa qúa trình gia công cắt gọt 1.1.2.1 Tối u hóa tĩnh Tối u hóa tĩnh qúa trình nghiên cứu giải toán xác định chế độ cắt tối u dựa mô hình hĩnh trình gia công Nhợc điểm phơng pháp tối u hóa tĩnh không ý tới động lực học trình cắt , nghĩa không ý tới đặc điểm mang tính ngẫu nhiên thay đổi theo thời gian nh : - Độ cứng vật liệu gia công không đồng - Lợng d gia công không đồng - Lợng mòn dao thay đổi theo thời gian Sua xác định đợc thông số cắt hợp lý ngừơi ta tiến hành điều chỉnh máy làm việc theo thông số Trong trình làm việc thông số không đợc điều chỉnh lại Do đặc điểm nên tối u hóa tĩnh cha giải vấn đế thật triệt để Mặc dầu ngày tối u hóa tĩnh đợc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi phơng pháp nghiên cứu đơn giản , không cần tới đo lờng chủ động mà đảm bảo đợc tính hiệu 1.1.2.2 Tối u hóa động Tối u hóa động (còn gọi tối u hóa qúa trình cắt gọt hay tối u hoá liên tục) trình nghiên cứu dựa mô hình động trình cắt , trình nghiên cứu có ý tới đặc điểm mang tính ngẫu nhiên thay đổi theo thời gian nh lợng d không đều, độ cứng vật liệu không đồng nhất, dao mòn thay đổi theo thới gian ( hình 1.2 ) Theo hình ( 1.2), trình cắt ngời ta đo đại lợng xuất trình gia công nh kích thớc, chiếu cao nhấp nhô bề mặt, sai số hình dạng bề mặt gia công, độ mòn dao, lực cắt, nhiệt cắt, rung động hệ thống công nghệ sau phận xử lý nhanh chóng xác định chế độ cắt tối u chuyển kết cho phận điều khiển để tiến hành tự động điều chỉnh máy làm việc theo chế độ công nghệ tới u tơng ứng với thời điểm SO S0 Hệ thôngớng sử lý nhanh Hệ thông đo lờng n V0 Hệ thống tự động điều chỉnh chế độ cắt Hình 1.2 Sơ nghiên cứu tối u hóa động tiện Trong trình làm việc xuất yếu tố ngẫu nhiên thay đổi theo thời gian nh : độ cứng vật liệu nh lợng d gia công không đều, lợng mòn dao thay đổi theo thời gian nhng nhờ có tín hiệu hệ thống đo lờng chủ động cung cấp, hệ thống xử lý nhanh xác định đợc chế độ cắt hợp lý thời điểm tơng ứng để cung cấp kịp thời cho hệ thống điều khiển tự động đảm bảo cho máy luôn làm viêc với chế độ tối u Nh vậy, khác với tối u hóa tĩnh, tối u hóa động chế độ gia công đợc điều chỉnh trớc mà đợc tự động điều chỉnh chỉnh trình cắt Tối u hóa động giải vấn đề triệt để so với tối u hóa tĩnh nhng phức tạp tối u hóa tĩnh nhiều tối u hóa động gắn liền với đo lờng chủ động điều khiển thích nghi Tuy nhiên, tính hiệu nó, tối u hóa động đợc phát triển mạnh trông kỷ 21 Hiệu tối u hóa phụ thuộc vào mức độ phù hợp mô hình nghiên cứu so với trình cắt thực mức độ xác mô hình toán học đợc xây dựng để mô tả trình cần khảo sát Do muốn thực tối 10 2.5.6 Miền giới hạn tiện Sau xây dựng đợc giới hạn biểu diễn chúng hệ toạ độ phẳng logv logS ta nhận đợc miền giới hạn toán tối u hoá chế độ cắt tiện (hình 2.22) Lu ý giới hạn R2 R3 mà bớc tiến dao S tốc độ cắt v bị chặn Vì R2 R3 đợc coi hai số giới hạn quan tọng tiện Hình 2.22 Miền giới hạn tiện Điểm tối u tiện phải nằm miền xác định phải nằm biên miền xác định Các giới hạn khác đợc thiết lập thông qua việc xây dựng mối quan hệ đại lợng khác có liên quan tới thông số chế độ cắt trình gia công 76 Chơng NH HNG CA H S A1 V S M A2 TRONG HM TUI BN T TI CHI PH GIA CễNG KHI TIN 3.1 Phân tích ảnh hởng hệ số A1 hàm tuổi bền T tới chi phí gia công k 3.1.1 Phân tích ảnh hởng hệ số A1 hàm tới tuổi bền T tới chi phí gia công k Từ biểu thức (2-3) T = A v A Lấy logarít hai vế đợc : Log T = log A1+ A2 log v (3-1) Khi cắt kim loại, phụ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể nh vật liệu gia công, vật liệu dụng cụ cắt, điểu kiện trơn nguội, kích thớc hình dạng chi tiết mà A1 có giá trị từ 100 đến 105 (với V tính m/s) Xét trờng hợp A2 = số A1(2) > A1(1), ta biểu diễn biểu thức (2-3) T=A1VA2 hệ toạ độ log (hình 3.1) 77 Log T A1(2) A2 = số A1(2) > A1(1) A1(1) T= A1(2)VA2 T= A1(1)VA2 Log v Hình 3.1 Quan hệ hệ số A1 với tuổi bền T tốc độ cắt v Hệ số A1 tăng dẫn tới : - Trong biểu thức 2-27 hệ số A3 đóng vai trò hệ số A1 Do A1 tăng tức A3 tăng, dẫn tới số hạng thứ hàm mục tiêu (2-27) giảm làm cho chi phí gia công K giảm - Giảm tốc độ cắt tối u cho (2.28) - Không ảnh hởng tới tuổi bền kinh tế u TOKT cho biểu thức 2-35 K A v C T KT K K(1) K D(1) A V C2 A +1 SA +1 K(2) Vmin(1) Vmin(2) K D(2) V0K(1)V0K(2) A V C2 A +1 SA +1 V Hình 3.2 Quan hệ chi phí gia công K với hệ số A1của hàm tuổi bền vận tốc cắt v 78 3.1.2 Kết luận Từ phân tích ta rút kết luận mang tính chất định hớng cho nghiên cứu nh sau : - Nghiên cứu tối u hoá kết cấu dụng cụ cắt nhằm tìm kết cấu dụng cụ hợp lý để cắt có đợc trị số A1 lớn - Nghiên cứu lĩnh vực vật liệu dụng cụ cắt bao gồm : + Nghiên cứu tìm vật liệu để chế tạo dụng cụ cắt cho cắt nhận đợc trị số A1 lớn + Nghiên cứu phủ dụng cụ lớp vật liệu phủ cho cắt đạt đợc hệ số A1 lớn + Nghiên cứu tối u hoá trình bôi trơn làm nguội trình cắt cho cắt kim loại đạt đợc trị số A1 lớn nhất, nội dung bao gồm : nghiên cứu xác định thành phần dung dịch trơn nguội, nghiên cứu công nghệ bôi trơn làm nguội, bao gồm nghiên cứu phơng pháp tới dung dịch, lợng, áp lực tới 3.2 Phân tích ảnh hởng hệ số A2 tới tuổi bền T 3.2.1 Phân tích ảnh hởng hệ số A2 tới tuổi bền T Biểu diễn biểu thức T=A1.VA2 (2-3) hệ tọa độ logarit : Log T = logA1+A2logV (3-1) Đây hàm bậc có dạng y= ax+b Trong y = logT ax= A2logV ( x = logV) b = logA1 79 Khi logV = ( x = ) logV = logA1 = số Vậy A2 thay đổi ( có giá trị khác ) thi tất đờng thẳng biểu diễn dạng ( 3-1 ) cắt điểm trục tung logT có giá trị log A1 Giả sử có trờng hợp : Trờng hợp : log T = logA1+ A2(1).logV Trờng hợp : log T = logA1+ A2(2).logV A2(2)>A2(1), A2 thay đổi từ 4,5 đến 2,5 Hai trờng hợp đợc biểu diễn hình 3.3 Log T logA1 A ( ) > A (1 ) (2) (1 ) Log v Hình 3.3 Quan hệ số mũ A2 với tuổi bền T vận tốc cắt v - tg ( ) = A ( ) - tg (1 ) = A (1 ) Khi cắt kim loại A2 có giá trị từ 2,5 đến 4,5 Khi ta biểu diễn hàm chi phí gia công k cho (2-27) dới dạng sau : K= K ML C1 V S + KD A V 80 C2 A +1 SA +1 (2-27) K= K ML C1 V S Trong + K D C= C V A +1 C2 A SA +1 Sự tăng A2dẫn tới số hạng thứ hai K D = C2 V A +1 số tăng, tăng chi phí gia công k Điều đợc thể hình 3.4 K ML C1 V S KD KD A V A V C2 A (1 ) +1 C2 A ( ) +1 SA +1 SA +1 Hình 3.4 Quan hệ số mũ A2 với chi phí gia công K vận tốc cắt v Từ hình 3.4 ta nhận thấy tăng giá trị tuyệt đối số mũ A2 dẫn tới : - Tăng độ nhạy hàm chi phí gia công K - Tăng số hạng thứ hai hàm mục tiêu cho biểu thức (2-27), dẫn tới tăng chi phí gia công K - Giảm tốc độ cắt kinh tế u vOKT cho biểu thức (2-34) - Tăng tuổ bền kinh tế tối u TOKT cho biểu thức (2-35) 81 K A v C T KT 3.2.2 Kết luận Từ nhận xét ta rút định hớng : Cần tập trung nghiên cứu tìm vật liệu chế tạo dụng cụ, kết cấu dụng cụ, lớp phủ bề mặt dụng cụ cắt hợp lý nh công nghệ trơn nguội phù hợp để cho cắt đạt đợc A lớn Hình 3.5 ảnh hởng số mũ A2 hàm tuổi bền đến hàm chi phí gia công K gia công loại vật liệu dụng cụ khác 82 Kết luận chung Tối u hoá trình cắt gọt bớc đặt móng quan trọng cho việc thực tự động hoá trình sản xuất Trên nêu phơng pháp nghiên cứu tổng quát Muốn áp dụng, cần nghiên cứu dựa điều kiện công nghệ cụ thể nớc ta nhằm xây dựng đợc ngân hàng liệu chế độ cắt gia công cơ, phục vụ cho việc tự động hoá trình chuẩn bi sản xuất sản xuất, góp phần giảm chi phí gia công, nâng cao khả cạnh tranh trình hội nhập 83 TàI liệu tham khảo Tiếng Việt Nguyễn Trọng Bình Bài giảng Tối u hoá trình gia công cắt gọt Bài giảng cho Cao học ĐHBK Hà nội Trần Minh Đức Nghiên cứu ảnh hởng thông số công nghệ sửa đá tới Topografie đá mài Luận văn tiến sĩ - Hà Nội- 2002 Tiếng Đức Prof.Dr.-Ing.habil.Dr.h.c.mult.Friedhelm.Lierath Einfuehrung in die Fertigungslehre Shalker Verlag Aachchen 2000 Jahresbericht des Instituts fuer Fertigungstechnik und Qualitaetsicherung, Otto-von-Geuricke Universitaet Magdebung 2000,2001,2002 Eberhard Pausksch Zerspantechnik Wieweg Verlag,Braunschweig/Wiesbaden 1996 G.Spur Erzeugung von geeigneten Schleifscheiben Topografien zur Bearbeitung von hochfesten Keramik Berlin 1999 Koenig, W.;Klocke,F Fertigungsverfahren 1- Drehen, Fraesen, Bohren.ISBN 3-540-63202-6 Springer Verlag 1997 Toenschoff,H Spanen- Grundlagen.ISBN 3-540-58742-X 84 Springer-Lehrbuch,1995 Koenig, W.Essen, K Spezifische Schnittkraftwerte fuer die Zerspanung metalischer Werkstoffe ISBN 3-514-00240-1 Verlag Stahleisen 1982 85 LI CM N Trong qủa trình thc hin ti, tác gi rt cm n s giúp tn tình ca ng nghip, bn bè v ngi thân c bit l ngi trc tip hng dn tác gi thc hin ti ny PGS TS NGUYN TRNG BèNH, giảng viên trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Những thảo luận PGS sở khoa học để hoàn thành luận văn Tác giả xin đợc chân bày tỏ cảm ơn khoa Cơ khí trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội giảng viên trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội số đơn vị khác giúp đỡ nhiều cho tác giả trình học tập Hà Nội, Ngày 86 Tháng Năm 2008 87 88 89 90 ... tích ảnh hửơng hệ số A1 hàm tuổi bền T tới chi phí gia công K 75 3.1.1 Phân tích ảnh hửơng hệ số A1 hàm tuổi bền T tới chi phí gia công K tiện 75 3.1.2 K t luận 76 3.2 Phân tích ảnh hửơng số mũ A2. .. số mũ A2 hàm tuổi bền T tới chi phí gia công K tiện 77 3.3.1 Phân tích ảnh hửơng số mũ A2 hàm tuổi bền T tới chi phí gia công K tiện 77 3.2.2 K t luận 80 K T LUN CHUNG 81 TI LI U THAM KHO 82 LI... tới chi phí gia công K 2.3.4.1 ảnh hởng chỗ làm việc tới chi phí gia công K 62 63 2.3.4.2 ảnh hởng chi phí liên quan đến dụng cụ cắt tới chi phí gia công K 64 2.4 Hàm mục tiêu thơì gian gia công