Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt plasma đến chất lượng của chi

Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, nước ta thời kì công nghiệp hóa, đại hóa đất nước, nghành khí chế tạo, đóng tàu… trọng đầu tư phát triển nhu cầu: gia công, pha cắt, khai triển phôi lớn Sử dụng phương pháp cắt chế độ cắt để nhằm mục đích nâng cao suất chất lượng cho chi tiết, sản phẩm để cạnh tranh tốt thị trường Do vậy, nghiên cứu ứng dụng thiết bị, công nghệ then chốt định cho phát triển ngành chế tạo máy Trong ngành chế tạo máy cắt kim loại yếu tố định cho trình gia công Tương ứng với phương pháp cắt cho ta thời gian gia công, giá thành sản phẩm chất lượng khác Một phương pháp cắt đem lại chất lượng hiệu cao cắt tia Plasma Những ưu điểm phương pháp cắt Plasma so với phương pháp khác cắt loại vật liệu khác nhau, vận tốc cắt lớn, khả đạt chất lượng mạch cắt cao, hoàn toàn khí hoá tự động hoá trình cắt Có thể cắt chi tiết có biên dạng phức tạp phục vụ cho sản xuất hàng loạt, đặc biệt cắt thép hợp kim kim loại màu mà phương pháp cắt oxy khí cháy không thực Với ưu cắt tia Plasma mở triển vọng lớn ứng dụng ngành chế tạo máy Đặc biệt công nghệ đóng tàu, nhà máy đóng tàu đóng theo phương pháp phân tổng đoạn Theo phương pháp này, thân tàu chia thành nhiều phân đoạn phẳng phân đoạn khối Từ phân đoạn chia thành cụm chi tiết lớn tiếp tục chia cụm chi tiết lớn thành cụm chi tiết nhỏ cuối chi tiết Do khối lượng công việc khai triển cắt phôi vô lớn Ở nước phát triển công nghệ cắt Plasma ứng dụng rộng rãi, nhiều thiết bị cắt đại chế tạo Khi mỏ cắt Plasma gắn vào hệ thống chuyển động linh hoạt máy CNC, máy đột CNC, Robot… Tuy nhiên, từ trước đến sâu nghiên cứu chế tạo cách thức vận hành máy cắt Plasma Việc lựa chọn chế độ cắt cho phù hợp nhằm nâng cao suất đảm bảo chất lượng sản phẩm gặp nhiều bất cập HV: Trần Ngọc Quý GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội chưa nghiên cứu kỹ lưỡng; mối quan hệ chế độ cắt với nhiệt độ biến dạng sản phẩm cắt, chưa đánh giá đầy đủ; việc chọn chế độ cắt dựa vào kinh nghiệm thể bảng tra lựa chọn khoảng rộng mà chưa đưa thông số cụ thể chế độ cắt tối ưu…Do ảnh hưởng không nhỏ tới thiết bị, chất lượng, suất sản phẩn Từ lý với kiến thức học tập nghiên cứu Trường ĐHBK Hà nội Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt Plasma đến chất lượng chi tiết dạng mặt bích từ thép ” cần thiết Lịch sử nghiên cứu * Trên giới Plasma khái niệm vật lý trạng thái đặc biệt chất khí đưa vào năm 1923 Đến năm 1955 cắt thép hợp kim, nhôm, đồng gặp nhiều khó khăn hãng Linder Mỹ đưa trình cắt Heli – Argon, mở phương pháp cắt phương pháp phổ biến lấy tên : “ Cắt dòng Plasma” Công nghệ Plasma sử dụng nhiều công nghiệp đặc biệt nước phát triển công nghệ cắt Plasma ứng dụng nhiều lĩnh vực : Cắt, Hàn , Phun phủ…Với thiết bị đại Hình 1: Hàn đắp Palsma Đã có nghiên cứu công nghệ cắt Plasma với biên dạng phức tạp, có nghiên cứu Thiết kế chế tạo máy cắt Plasma với kết cấu HV: Trần Ngọc Quý GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội kích thước khác nhau, nghiên cứu kết nối điều khiển máy cắt Plasma Vi điều khiển, thông qua phần mềm khác nhau… Trên giới người ta chế tạo máy cắt trục có kích thước lớn Ví dụ máy cắt HBBI-3000x6000 với kích thước máy 3x6m với kích thước vùng làm việc 2.5x5m Hình 2: Máy cắt plasma cỡ trung bình Hình 3: Máy cắt plasma cỡ lớn với hành trình cắt 2.5 x 5m Gần có số máy dạng nhỏ (hành trình làm việc ngắn) nhà sản xuất Trung quốc nghiên cứu, sản xuất Ví dụ máy XF-3: loại máy cắt plasma tự động, sử dụng hiệu quả, tiết kiệm lượng, thích hợp với thép cacbon, thép không gỉ kim loại màu Tuy nhiên nhược điểm loại máy menu sử dụng tiếng Trung Quốc nên làm cho người sử dụng khó khăn việc vận hành máy HV: Trần Ngọc Quý GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hình 4: Máy cắt trục XF-3 dạng xách tay  Máy cắt Nano 1212: o Hãng sản xuất: ACTECH o Sản xuất tại: Malaysia o Đặc điểm kỹ thuật bàn cắt:  Bộ giá đỡ đèn cắt:  Điều khiển trục dọc: Stepper/ bánh răng-  Điều khiển trục ngang: Stepper/ bánh răng-  Vị trí bảng điều khiển: bên trái  Chiều rộng cắt hữu ích: 1200 mm/48”  Chiều dài cắt hữu ích: 1200 mm/48”  Tốc độ cắt tối đa: 13000 mm/phút  Nguồn điện: 115/230 VAC - 50/60 Hz - 10A Hình 5: Máy ACTECH dạng xách tay * Ở Việt Nam Hiện máy cắt số doanh nghiệp nước trang bị đưa vào vận hành phục vụ sản xuất Tuy nhiên với giá thành đắt kích thước lớn, cồng kềnh làm cho việc trang bị máy hầu hết doanh nghiệp vừa nhỏ khó khăn Năm 1997, từ đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ "Nghiên HV: Trần Ngọc Quý GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội cứu, thiết kế, chế tạo máy cắt kim loại khổ lớn", nhà khoa học thuộc Viện Máy Dụng cụ công nghiệp (IMI) nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy cắt thép model CP 2580 - CNC sử dụng gas-plasma, điều khiển tự động Ưu điểm hệ thống máy cắt người vận hành lập trình trực tiếp gián tiếp hình dạng chi tiết máy Hình 6: Máy cắt trục Viên máy dụng cụ công nghiệp Hình 7: Máy cắt công ty AN HÒA Chúng ta khẳng định rằng, việc đầu tư nghiên cứu phát triển máy tự động nói chung robot tự động lĩnh vực chế tạo phôi nói riêng phải vấn đề quan tâm hàng đầu Bên cạnh việc nghiên cứu ảnh hưởng trình cắt, chất lượng mạch cắt đến thay đổi thông số chế độ cắt để tìm phương án tối ưu nhằm tăng xuất, chất lượng sản phẩm, giảm chi phí gia công vận hành an toàn phương pháp nhanh để nước ta hoàn thành sớm nghiệp công nghiệp hóa – đại hóa đất nước Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu: HV: Trần Ngọc Quý GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Với đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt Plasma đến chất lượng chi tiết dạng mặt bích từ thép tấm” người nghiên cứu thể với mục đích sau: + Chỉ thông số ảnh hưởng đến chất lượng mạch cắt + Đưa thông số chế độ cắt tối ưu: vận tốc cắt cường độ dòng điện để cắt dạng mặt bích có đường kính khác nhằm hạn chế công đoạn cắt thử nhiều lần làm tăng chi phí gia công Đồng thời xác định nhiệt độ vùng ảnh hưởng nhiệt để biết biến dạng thép sau cắt Trên sở đó, khuyến cáo sử dụng công nghệ cắt plasma + Góp phần phát triển lĩnh vực chế tạo phôi cho phân xưởng, xí nghiệp - Phạm vi nghiên cứu: Tính toán cắt dạng mặt bích tôn phương pháp cắt Plasma Đồng thời xác định nhiệt độ vùng ảnh hưởng nhiệt để biết biến dạng thép sau cắt - Đối tượng: Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt trình cắt dạng mặt bích tôn phương pháp cắt Plasma Tóm tắt cô đọng luận điểm đóng góp tác giả - Trình bày số phương pháp cắt kim loại lượng nhiệt - Trình bày truyền nhiệt trình cắt Plasma tôn ảnh hưởng tới chi tiết, sản phẩm - Đưa thông số chế độ cắt tối ưu vận tốc cắt, cường độ dòng điện cắt dạng mặt bích tôn phương pháp cắt Plasma - Ứng dụng hiệu làm việc khu vực xưởng sản xuất: Nâng cao suất chất lượng cắt dạng mặt bích tôn phương pháp cắt Plasma Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tham khảo tài liệu: Tài liệu phương pháp cắt kim loại lượng nhiệt, tài liệu công nghệ cắt Palsma, tài liệu mô trình truyền nhiệt hàn, tài liệu tính toán quy hoạch thực nghiệm… HV: Trần Ngọc Quý GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - Phương pháp thực nghiệm: Thực cắt dạng mặt bích tôn với chiều dày đường kính khác máy cắt CNC Plasma sau đo biến dạng kết hợp với phương pháp quy hoạch thực nghiệm đưa thông số tối ưu chế độ cắt vận tốc cắt, cường độ dòng điện cắt HV: Trần Ngọc Quý GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT KIM LOẠI BẰNG NĂNG LƯỢNG NHIỆT Trong ngành khí chế tạo phương pháp cắt kim loại đóng vai trò định đến suất chất lượng sản phẩm phương pháp cắt có mặt tích cực hạn chế riêng song nhà sản xuất phải biết phạm vi sử dụng phương pháp để đem lại hiệu tốt Có nhiều phương pháp cắt kim loại phương pháp cắt nhiệt ứng dụng rộng rãi, sau giới thiệu số phương pháp cắt nhiệt sau: + Cắt kim loại oxy khí cháy + Cắt hồ quang tay + Cắt kim loại điện cực Cacbon + Cắt kim loại hồ quang Plasma + Cắt kim loại tia điện tử + Cắt kim loại laze 1.1 Cắt kim loại oxy khí cháy Cắt kim loại oxy khí cháy trình dùng nhiệt lượng lửa khí cháy ( khí axetylen, khí propan, khí gas…) với khí oxy để nung nóng chỗ cắt đến nhiệt độ cháy kim loại, sau dùng luồng oxy có lưu lượng lớn thổi lớp oxit kim loại nung chảy để lộ phần kim loại chưa bị oxy hoá, lớp kim loại bị cháy (oxy hoá) thành lớp ôxit bon thấp cháy nhiệt độ khoảng 1350 độ C Nhiệt độ nóng chảy oxit kim loại phải nhỏ nhiệt độ nóng chảy kim loại Nếu điều không thoả mãn oxit kim loại sinh bề mặt phản ứng cháy với oxy không nóng chảy không bị thổi làm cản trở oxy hoá kim loại tiếp theo ( Nhôm không thoả mãn điều kiện này) Nhiệt sinh phản ứng cháy kim loại phải đủ trì trình cháy liên tục ( Khi cắt thép 70% nhiệt lượng sinh phản ứng kim loại với oxy cung cấp, có 30% ngon lửa nung nóng) Xỉ tạo thành phải có tính chảy loãng cao dễ dạng bị thổi khỏi rảnh cắt HV: Trần Ngọc Quý GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hình 1.1: Cắt thép oxy khí cháy Tính dẫn nhiệt kim loại hợp kim không cao Bởi cao nhiệt bị truyền nhanh khỏi chỗ cắt làm cho trình cắt không ổn định * Có thể sử dụng phương pháp cắt để cắt có chiều dày lớn công suất lửa hỗn hợp khí cháy với khí oxy có nhiệt độ cao ( Trên 3000°C) nên phương tiện cắt nhanh đường thẳng đường cong theo kích thước yêu cầu mà không cần thiết bị xử lý đắt tiền Hướng cắt thay đổi liên tục trình cắt Các lửa nung nóng sơ sử dụng để nung kim loại tới nhiệt độ mà kim loại phản ứng với oxy Dòng oxy nhanh chóng oxy hóa kim loại vùng hẹp để tạo thành vết cắt Các oxit kim loại kim loại nóng chảy bị đẩy khỏi rãnh cắt động khí oxy Sự dịch chuyển mỏ cắt ngăng kim loại với tốc độ thích hợp tạo nên trình cắt liên tục Mỏ cắt di chuyển tay cấu tự động hóa Tính xác việc vận hành tay phụ thuộc phần lớn vào khả người thợ Các thiết bị tự động hóa thường đạt độ xác, tốc độ cắt hình dạng cuối bề mặt tốt so với cắt tay * Khí oxy: Oxy sử dụng để cắt có độ tinh khiết trung bình cao Độ tinh khiết thấp làm giảm hiệu cắt Nếu độ tinh khiết giảm 1% khí oxy tinh khiết 99,5% làm tăng lượng oxy tiêu hao lên 15%, độ tinh khiết giảm 1% khí oxy tinh khiết 98,5% làm lượng oxy tiêu hao tăng 25% HV: Trần Ngọc Quý GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Chất lượng vết cắt giảm đi, số lượng xỉ nhiều bám Với độ tinh khiết 95%, tiến hành cắt hoạt động cắt trở thành hoạt động làm nóng chảy, thổi tạt sản phẩm nóng chảy với hình dạng vết cắt chấp nhận * Khí cháy nung nóng sơ bộ: Các chức ngon lửa nung nóng sơ hoạt động cắt sau: - Tăng nhiệt độ thép lên nhiệt độ cháy - Thêm nhiệt lượng vào vật cắt để trì phản ứng cắt - Cung cấp lớp khí bảo vệ cho phản ứng cắt - Lột bỏ khỏi bề mặt thép chất rỉ sét, sơn tạp chất khác mà làm dừng làm chậm tiến độ cắt Cường độ nung nóng sơ mà tăng nhiệt độ thép nhanh tới nhiệt độ cháy thường đủ để trì hoạt động cắt tốt độ cao Tuy nhiên, chất lượng cắt tốt Hoạt động cắt chất lượng cao thường tiến hành nung nóng sơ thấp đáng kể so với cường độ nung nóng cần nung nóng nhanh Trong máy cắt lớn nhất, người ta điều khiển dòng khí nung nóng sơ theo hai chế độ: bắt đầu nung nóng sơ sử dụng cường độ cao, sau lửa nung nóng sơ giảm tới cường độ thấp trình cắt để tiết kiệm khí cháy, khí oxy để tạo lửa nung nóng sơ Để có kết hoạt động độ an toàn cao nhất, mỏ cắt đầu cắt cần phải thiết kế riêng cho lại khí cháy sử dụng Các loại khí cháy thường sử dụng: - Khí Axetylen: sử dụng rộng rãi làm khí cháy để cắt để hàn Ưu điểm tính sẵn có, nhiệt độ lửa cao người sử dụng quen với đặc điểm lửa Nhiệt độ cao lửa tính chất truyền nhiệt oxy – axetylen đặc biệt quan trọng việc cắt xiên Chúng có ưu điểm hoạt động mà thời gian nung nóng sơ chiếm phần đáng kể tổng thời gian cho việc cắt, vết cắt ngắn HV: Trần Ngọc Quý 10 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Ic = 70(A) ho = 30.10-2(mm) Uc = 120,645(V) ∆h =14.10 mm) - Ít ba via Vc = 85(cm/ph) α = 0,08 - Dễ làm Ic = 70(A) Uc = 117(V) Vc=30,32(cm/ph ) Ic = 70(A) Uc = 117(V) - Biến dạng -2( ho = 25.10-2(mm) - Biến dạng vừa ∆h = 15.10-2(mm) - Ít ba via α = 0,08590 - Khó làm ho = 19.10-2(mm) - Biến dạng ∆h = 8.10 mm) - Ít ba via α = 0,04580 - Dễ làm -2( Vc=139,675 (cm/ph) Ic = 70(A) ho = 11.10-2(mm) Uc = 117(V) ∆h = 12.10-2(mm) - Ít ba via Vc = 85(cm/ph) α = 0,068750 - Dễ làm Ic = 70(A) ho = 13.10-2(mm) Uc = 117(V) ∆h = 8.10 mm) - Ít ba via Vc = 85(cm/ph) α = 0,0458 - Dễ làm Ic = 70(A) ho = 20.10-2(mm) Uc = 117(V) ∆h = 11.10-2(mm) - Ít ba via Vc = 85(cm/ph) α = 0,0630 - Dễ làm - Biến dạng - Biến dạng -2( - Biến dạng Từ bảng tổng hợp kết biến dạng qua hình ảnh sản phẩm chưa làm ta rút vài nhận xét sau: HV: Trần Ngọc Quý 83 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - Khi cắt với dòng điện cắt nhỏ vận tốc cắt lớn, biến dạng mức trung bình có nhiều bavia kim loại chưa kịp nóng cháy thoát khỏi mạch cắt, có xu hướng không cắt đứt chênh lệch bề rộng mạch cắt mặt mặt lớn - Khi cắt với dòng điện cắt nhỏ vận tốc cắt nhỏ chi tiết bị biến dạng nhiều có nhiều bavia (oxit sắt) khó làm cắt với dòng cắt nhỏ không đủ nhiệt độ để cắt đứt phải cắt với tốc độ nhỏ dẫn đến tích nhiệt chi tiết nhiều xảy biến dạng lớn oxit kim loại không thoát hết nhiều bavia - Khi cắt với dòng cắt lớn mà tốc độ cắt nhỏ chi tiết biến dạng nhiều khó làm nhiệt trì nhiệt cao thời gian dài tạo co ngót nhiều dẫn đến biến dạng nhiều lúc thiết bị giảm tuổi thọ, nhanh hỏng bép cắt - Với dòng cắt lớn tốc độ lớn biến dạng chi tiết mức độ trung bình bavia dễ làm sản xuất ta cắt gây thiệt hại kinh tế thay bép cắt nhiều, máy hoạt động công suất cao - Với dòng cắt vận tốc cắt hợp lý biến dạng chi tiết bavia mép cắt đảm bảo an toàn, tuổi thọ cho thiết bị 4.2.2 Ảnh hưởng chế độ cắt đến biến dạng ( thay đổi chiều cao điểm đo) chi tiết dạng mặt bích Chọn thông số chế độ cắt (đầu vào) Xi, lựa chọn hàm mục tiêu Yi X1 - cường độ dòng điện cắt Ic [A] X2 – Điện áp Uc [V] X3 – Vận tốc cắt Vc [cm/ph] Lựa chọn thông số đầu đặc trưng cho biến dạng mặt bích sau cắt Y - hiệu chiều cao điểm biên mặt bích so với điểm tâm ∆h [.10-2mm] HV: Trần Ngọc Quý 84 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Và biến đầu đề cập đề tài đánh giá trực quan định tính chất lượng mạch cắt qua tạo thành lớp oxit (bavia) mép chi tiết sau cắt Bằng thực nghiệm ta thấy: Các thông số kích thước biến dạng (chiều cao điểm đo hi) phụ thuộc tuyến tính qua lại vào thông số chế độ cắt (cường độ dòng điện cắt Ic; vận tốc cắt Vc; Điện áp cắt Uc ) Các khoảng biến thiên bảng 4.7 kế hoạch thực nghiệm bảng 4.8 Bảng 4.8: Số biến, giá trị khoảng biến thiên yếu tố đầu vào Biến mã hoá (không thứ nguyên) Biến thực Các biến số Mức (Ximax = +1) Mức sở (Xi = 0) Mức (Ximin = –1) Khoảng biến thiên ΔZi I, (A) Z1 U, (V) Z2 Vh, cm/p Z3 100 70 40 30 120 117 114 130 85 40 45 X1 X2 X3 +1 –1 +1 –1 +1 –1 Bảng 4.9: Kế hoạch thực nghiệm bậc trực giao (với biến mã hóa) TT 10 11 12 13 14 Biến thực X1 X2 40 114 100 114 40 120 100 120 40 114 100 114 40 120 100 120 33.55 117 106.45 117 70 113.355 70 120.645 70 117 70 117 HV: Trần Ngọc Quý X3 40 40 40 40 130 130 130 130 85 85 85 85 30.325 139.675 Giá trị biến mã hóa Z1 Z2 Z3 -1 -1 -1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 +1 +1 -1 0 +1 0 -1 0 +1 0 -1 0 +1 85 Hàm mục tiêu Yi Yi1 Yi2 Yi3 Yi4 Yi5 Yi6 Yi7 Yi8 Yi9 Yi10 Yi11 Yi12 Yi13 Yi14 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ 70 70 70 15 16 17 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 117 117 117 85 85 85 0 0 0 0 Yi15 Yi16 Yi17 Bảng 4.10: Bảng kế hoạch thực nghiệm kết thí nghiệm TT 10 11 12 13 14 15 16 17 Giá trị biến thực Z1 40 100 40 100 40 100 40 100 33.55 106.45 70 70 70 70 70 70 70 Z2 114 114 120 120 114 114 120 120 117 117 113.355 120.645 117 117 117 117 20 Giá trị biến mã hóa Z3 40 40 40 40 130 130 130 130 85 85 85 85 30.325 139.675 85 85 85 X1 –1 +1 –1 +1 –1 +1 –1 +1 –1 +1 0 0 0 X2 –1 –1 +1 +1 –1 –1 +1 +1 0 –1 +1 0 0 X3 –1 –1 –1 –1 +1 +1 +1 +1 0 0 –1 +1 0 Giá trị hàm mục tiêu Y1 35 38 27 37 17 11 13 33 10 14 15 12 11 Sử dụng phần mềm Modde5.0 ta xác định phương trình hồi quy hệ số tương quan Kết xử lý số liệu nhận phương trình hồi quy sau: Dựa kết kiểm tra Macro mẫu thực nghiệm kết thu trên; tuân theo tiêu chuẩn, để đánh giá ngoại dạng,sự biến dạng Từ kết thực nghiệm bảng 4.5, sử dụng phần mềm xử lý số liệu thực nghiệm Modde5.0 tìm hệ số (a0, aj, aij) phương trình hồi quy, độ lệch chuẩn R tính tương thích mô hình thực nghiệm Q Error! Reference source not found HV: Trần Ngọc Quý 86 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Các phương trình hồi quy biểu diễn ảnh hưởng thông số công nghệ Ic, Uc, Vc đến biến dạng chi tiết cắt: Bảng 4.11: Các hệ số phương trình hồi quy, độ lệch chuẩn R độ tương thích mô hình thực nghiệm * Mô hình biến dạng chi tiết: a (Y) Y Constant X1 X2 X3 X1*X1 X2*X2 X3*X3 X1*X2 X1*X3 X2*X3 Coeff SC 8.88669 -2.27758 -0.482086 -8.71996 9.50897 1.71884 2.73494 1.125 -2.875 0.375 N = 17 DF = Q2 = R2 = R Adj = Std Err 3.80438 2.38654 2.38654 2.38654 3.52615 3.52615 3.52615 2.79241 2.79241 2.79241 -0.7 0.785 0.508 P 0.0521583 0.371696 0.84566 0.0081367 0.0307855 0.640831 0.463369 0.699059 0.337464 0.896951 Conf int(±) 8.99605 5.64334 5.64334 5.64334 8.33812 8.33813 8.33812 6.60308 6.60308 6.60308 Cond no = 3.8425 Y-miss = RSD = 7.8981 Conf lev = 0.95 - Mô hình thực nghiệm có dạng đa thức bậc hai: Y = 8.88669 - 2.27758X1 - 0.482086 X2 - 8.71996X3 + 9.50897X12 +1.71884X22 + 2.73494X32 + 1.125X1X2 - 2.875X1X3 + 0.375X2X3 Hệ số tương quan mô hình R2 = 0.785 Phương trình hồi quy phản ánh tính xác độ lệch chuẩn R tính tương thích mô hình thực nghiệm Q thu từ thực nghiệm Từ phương trình hồi quy ta tiến hành vẽ đồ thị biểu thị mối quan hệ thông số công nghệ đầu vào đến biến dạng mạch cắt đầu HV: Trần Ngọc Quý 87 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 1) Cường độ dòng điện cắt Ih ảnh hưởng đến biến dạng chi tiết a(Y) Hình 4.23: Đồ thị ảnh hưởng cường độ dòng điện cắt đến biến dạng chi tiết a(Y) Trong dải giá trị từ đồ thị ảnh hưởng dòng điện cắt tới biến dạng chi tiết ta thấy: Khi tăng dòng điện cắt khoảng Ic = 30  70 A biến dạng chi tiết giảm dần điều lý giải cắt với dải dòng điện để cắt đứt chiều dày phôi phải điều chỉnh tốc độ cắt chậm lại điều cho phôi tích nhiệt nhiều gây nên biến dạng tăng dòng điện cắt khoảng Ic = 70  80 A biến dạng chi tiết với dòng điện vận tốc cắt vừa đủ để cắt đứt chi tiết với lượng nhiệt không lớn chi tiết biến dạng Biến dạng chi tiết tăng tăng dòng cắt từ 80A trở lên tăng dòng điện lượng nhiệt tác động vào phôi tăng phôi nung nóng trước mỏ cắt qua làm cho chi tiết biến dạng nhiều HV: Trần Ngọc Quý 88 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 5) Điện áp cắt Uh ảnh hưởng đến biến dạng chi tiết a(Y); hình 4.23 Hình 4.24: Đồ thị ảnh hưởng điện áp cắt Uh đến biến dạng chi tiết a(Y) Ta thấy dải giá trị tăng điện áp cắt làm tăng chiều cao mỏ cắt nhiệt lượng đưa vào phía trước hồ quang làm nhiệt để nung nóng mép cắt giảm biến dạng chi tiết giảm với phạm vi xét đề tài điện áp thuộc dải 116 118V hợp lý gây biến dạng cho chi tiết nhỏ Khi tăng điện áp từ 118V trở lên biến dạng tiếp tục tăng, đầu bép cắt tăng lượng nhiệt không tập chung để cắt đứt tốc độ cắt giảm thời gian nung nóng, gia nhiệt cho phôi tăng biến dạng tăng Qua đồ thị biến thiên điện áp ta nhận thấy thay đổi điện áp biến dạng thay đổi so với ta thay đổi dòng điện cắt HV: Trần Ngọc Quý 89 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 4) Tốc độ cắt Vc ảnh hưởng đến đến biến dạng chi tiết a(Y) Hình 4.25: Đồ thị ảnh hưởng tốc độ cắt đến biến dạng chi tiết a(Y) Qua đồ thị ta thấy tăng tốc độ cắt biến dạng giảm dần Điều giải thích sau: ta tăng tốc độ cắt nguồn nhiệt Plasma di chuyển nhanh nhiệt tác động vào phôi chi tiết biến dạng hơn, điều hoàn toàn với tính toán thay đổi tốc độ cắt dòng điện cắt không đổi HV: Trần Ngọc Quý 90 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hình 4.26: Đồ thị ảnh hưởng chế độ cắt đến biến dạng chi tiết lấy X2 ( trục điện áp cắt) làm tâm 4.3 Tối ưu hóa chế độ cắt Plasma Xác định yếu tố hợp lý (tối ưu) Từ mô hình đảm bảo hàm tiêu chuẩn theo yêu cầu tức đảm bảo tiêu chí: Kinh tế - Kỹ thuật Sử dụng phần mềm Modde5.0 để tối ưu hóa từ sở lý luận việc tính toán lựa chọn thông số chế độ cắt để đạt biến dạng nhỏ chất lượng mạch cắt cao theo mong muốn ta cần tìm giá trị tốt 4.3.1 Các thông số đầu vào Dòng điện cắt: 40 A  Ic  100 A Điện áp cắt: 114 V  Uc  120 V HV: Trần Ngọc Quý 91 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tốc độ cắt: 40 cm/p  Vc  130 cm/p 4.3.2 Các thông số đầu theo mong muốn Sự biến dạng chi tiết ∆h  3,86062.10-2 mm 4.3.3 Chế độ cắt tối ưu cắt mặt bích dày 6mm với đường kính 200mm Chạy phần mềm Modde5.0 ta thu kết bảng sau Bảng 4.12: Bảng kết chế độ cắt tối ưu chạy phần mềm Modde5.0 Chọn giá trị tối ưu có trị tuyệt đối lớn (dòng bôi đen) Bảng 4.13: Chế độ tối ưu cắt mặt bích đường kính 200 (mm) phương pháp Plasma phôi dày 6(mm) TT X1 Ic (A) 78 Chế độ cắt X2 X3 , Vh Uc (V) (cm/p) 116 130 Sự biến dạng Y1 ∆h (.10-2mm) 2,198 Khi biết biến dạng ∆h bán kính mặt bích R, từ Hình 4.22 ta tính góc biến dạng: α = 0,012590 HV: Trần Ngọc Quý 92 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Như phần mền xử lý cho ta chọn chế độ cắt với phôi s = mm với chi tiết cắt mặt bích có đường kính 200 mm nhận biến dạng chi tiết mặt bích đánh giá trực quan bề mặt cắt chi tiết tối ưu bảng 4.12 bảng 4.13 đáp ứng tiêu kinh tế, kỹ thuật hoàn toàn phù hợp với kết thực nghiệm cắt đo kiểm bảng 4.7 , phù hợp với thông số chế độ cắt mà nhà sản xuất khuyến cáo *Kết luận chương Trong chương tác giả nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm xử lý số liệu cho cắt mặt bích có đường kính 200 (mm) phương pháp Plasma từ phôi dày 6(mm) Trong thông số đầu vào cường độ dòng điện cắt Ic, điện áp hồ quang Uc, tốc độ cắt Vc Các thông số đầu biến dạng chi tiết đánh giá trực quan chất lượng mạch cắt Các thông số cố định áp suất khí nén, góc độ mỏ cắt, hướng cắt… Từ kết đo mẫu thực nghiệm đưa mô hình toán học, đồ thị ảnh hưởng chế độ cắt (Ic, Uc, Vc) tới kích thước biến dạng ∆h, chất lượng bề mặt sản phẩm Tối ưu hóa chế độ cắt (Ic, Uc, Vc) biến dạng ∆h, chất lượng bề mặt sản phẩm theo mong muốn đạt suất cắt tối đa Qua kết thực nghiệm quy hoạch xử lý số liệu ta thấy biến thiên dòng điện cắt tốc độ độ cắt có ảnh hưởng nhiều tới biến dạng chi tiết, biến thiên điện áp ảnh hưởng không đáng kể đến biến dạng Khi tăng dòng điện cắt khoảng Ic = 30  70 A biến dạng chi tiết giảm dần, tăng dòng điện cắt khoảng Ic = 70  80 A biến dạng chi tiết với dòng điện vận tốc cắt vừa đủ để cắt đứt chi tiết với lượng nhiệt không lớn chi tiết biến dạng Biến dạng chi tiết tăng tăng dòng cắt từ 80A trở lên Khi tăng tốc độ cắt biến dạng giảm dần Trong chế độ cắt dòng cắt nhỏ tốc độ cắt nhỏ dòng cắt lớn, tốc độ cắt nhỏ biến dạng lớn chi tiết cắt có nhiều bavia, khó làm sạch, chất lượng mạch cắt HV: Trần Ngọc Quý 93 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận - Luận văn đạt số kết việc nghiên cứu phương pháp cắt tia Plasma, thông sô ảnh hưởng đến chất lượng mạch cắt như: cường độ dòng điện cắt, điện áp cắt vận tốc cắt - Thực tính toán thống kê ảnh hưởng nhiệt độ theo phương ngang với mạch cắt Từ rút kết luận ảnh hưởng nhiệt, ảnh hưởng ứng suất biến dạng thay đổi chế độ cắt - Bên cạnh thông số đánh giá chất lượng mạch cắt như: Sự biến dạng chi tiết, chiều rộng mạch cắt, độ nhám bề mặt, sai lệch độ vuông góc mạch cắt mặt phẳng chi tiết - Tiến hành thực nghiệm với thông số chế độ cắt khác để xác định chất lượng mạch cắt đánh giá nhận xét biến dạng chất lượng mạch cắt - Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để khảo sát trình cắt rút vận tốc cắt cường độ dòng điện cắt tối ưu để cắt chi tiết dạng mặt bích từ thép Kết hợp với thông số chế độ cắt khuyến cáo nhà sản xuất qua trình tính toán làm thực nghiện dưa thông số chế độ cắt hợp lý để thu sản phẩm cắt dạng mặt bích đường kính 200mm tôn dày 6mm là: TT X1 Ic (A) 78 Chế độ cắt X2 X3 , Vh Uc (V) (cm/p) 116 130 Sự biến dạng Y1 ∆h (.10-2mm) 2,198 Qua đó, ta thấy cắt cường độ dòng điện lớn có vùng ảnh hưởng nhiệt lớn nhiệt độ cao cho dù ta tăng tốc độ cắt Đây điều lợi cắt tăng chi phí gia công, làm tăng ứng suất biến dạng điều kiện an toàn vận hành HV: Trần Ngọc Quý 94 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 5.2 Kiến nghị - Tiếp tục nghiên cứu truyền nhiệt vật cắt phương pháp tính toán học để tìm biến dạng chi tiết thay đổi chế độ cắt - Tiếp tục mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến chất lượng mạch cắt cắt Plasma oxy cắt Plasma nước - Nghiên cứu để xác định chế độ cắt tối ưu cho nhiều loại vật liệu kim loại màu hợp kim… HV: Trần Ngọc Quý 95 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Vũ Huy Lân, TS Bùi Văn Hạnh, Giáo trình Vật liệu hàn, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2010 [2] TS Ngô Lê Thông, Công nghệ hàn điện nóng chảy (Tập 1&2), NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2004 [3] TS Vũ Huy Lân Bài giảng Quy hoạch thực nghiệm xử lí số liệu [4] Phùng Đình Thám Kết cấu hàn [5] Nguyễn Bốn (2001), Các phương pháp truyền nhiệt, Trường Đại học Đà Nẵng [6] Bùi Văn Nghiệp (4/2011), Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng nhiệt hàn tôn bao vỏ tàu, Luận văn thạc sĩ, Đại học Nha Trang, Khánh Hòa [7] Kiều Anh Dũng (2006), Nghiên cứu công nghệ cắt máy cắt Plasma với biên dạng khác nhau, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Bách Khoa Hà Nội [8] Trần Văn Niên, Trần Thế San (2001), Thực hành kỹ thuật hàn- gò, NXB Đà Nẵng [9] S.Ramakrishnan, M.W Rogozinski (1997), "Properties of electric arc plasma for metal cutting", J Phys D: Appl Phys 30 (1997), [10] Girard Laurence (2004), Caracterisation experimentale d'une torche de decoupe dans l'oxygene : etude du jet de plasma et de l'interaction arc materiau, Docteur de l'universite paul Sabatier, L'universite Paul Sabatier, Toulouse III, [11] L Vignardet, "Découpage au jet de fluide : Oxycoupage, jet de plasma, laser et jet d'eau sous pression", Technique de l'ingénieur, traité Mécanique et Chaleur, B7340 [12] John Michael Dowden (2001), The Mathematics of Thermal Modeling , Chapman & Hall/CRC [13] Rosenthal, Daniel “Mathematical Theory of Heat Distribution during Welding and Cutting” Welding Journal, 20(5):220 -234, 1941 HV: Trần Ngọc Quý 96 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [14] Martin Birk-Sørensen (1999), Simulation of Welding Distortions in Ship Section, Department of Naval Architecture and Offshore Engineering Technical University of Denmark HV: Trần Ngọc Quý 97 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà ... cứu ảnh hưởng chế độ cắt Plasma đến chất lượng chi tiết dạng mặt bích từ thép tấm” người nghiên cứu thể với mục đích sau: + Chỉ thông số ảnh hưởng đến chất lượng mạch cắt + Đưa thông số chế độ cắt. .. chế độ cắt tối ưu…Do ảnh hưởng không nhỏ tới thiết bị, chất lượng, suất sản phẩn Từ lý với kiến thức học tập nghiên cứu Trường ĐHBK Hà nội Đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt Plasma đến chất. .. hàng đầu Bên cạnh việc nghiên cứu ảnh hưởng trình cắt, chất lượng mạch cắt đến thay đổi thông số chế độ cắt để tìm phương án tối ưu nhằm tăng xuất, chất lượng sản phẩm, giảm chi phí gia công vận