Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ sửa đá tới độ nhám bề mặt khi mài thép c45 nhiệt luyện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRƯƠNG VĂN HINH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ TỚI ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI THÉP C45 NHIỆT LUYỆN LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: NGUYỄN TRỌNG HIẾU HÀ NỘI – 2010 CÁC KÝ HIỆU CHÍNH Ký hiệu az a’z B Cct D h L l Nd nct P Pz Py Px Sd Sn Svg Ssd Ra Rz tsd λ vc vp ρ Kµ Qw Qw Tm Nch HTCN Ý nghĩa Chiều dày phoi Chiều dày phoi thực tế Chiều rộng đá Mật độ lưỡi cắt tĩnh đơn vị thể tích đá Đường kính đá mài Chiều cao biên dạng nhám bề mặt Chiều cao biên dạng lưỡi cắt Khoảng cách lưỡi cắt động Khoảng cách lưỡi cắt tĩnh Tốc độ quay đá Tốc độ quay chi tiết Lực cắt tổng mài Lực thành phần tiếp tuyến Lực thành phần pháp tuyến tuyến Lực thành phần Theo phương dọc trục Lượng chạy dao dọc mài Lượng chạy dao ngang mài Lượng chạy dao vòng Lượng chạy dao dọc sửa đá Chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt Chiều cao nhấp nhô Profin trung bình bề mặt Chiều sâu cắt sửa đá Hệ số truyền nhiệt Vận tốc cắt đá Vận tốc phôi Bán kính lưỡi cắt Hệ số lực cắt Thể tích cắt theo thời gian Thể tích cắt theo thời gian đơn vị chiều rộng đá Nhiệt độ mài Công suất mài ngưỡng cháy bề mặt Hệ thống công nghệ (Máy – Gá – Dao – Chi tiết) Đơn vị mm mm mm 1/mm3 mm mm mm mm mm v/ph v/ph N N N N m/p mm/htk m/p m/p m m mm m/s m/s mm mm3/s mm3/s C W DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Số bảng Nội dung Trang 1.1 Hệ số truyền nhiệt vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng 23 hợp kim 4.1 Bảng tổng hợp số liệu thí nghiệm – thép 45 nhiệt luyện 65 4.2 Bảng Logarit biến thực nghiệm 66 4.3 Bảng Logarit biến thực nghiệm 67 4.4 Giá trị hồi quy thực nghiệm phương trình hàm (4.6) 69 4.5 Giá trị hồi quy thực nghiệm phương trình hàm (4.10) 69 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ T T Số hình Nội dung Trang Hình 1.1 14 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Sơ đồ mô tả quan hệ thông số vào-ra trình mài Quá trình tạo phoi mài hạt mài Sơ đồ mô tả trình tạo phoi hạt mài có bán kính đỉnh cắt  Các dạng phôi mài Sơ đồ lực cắt mài tròn Nhiệt phân bố lượng mài Đá mài Hình dạng tế vi số loại vật liệu hạt mài Hình dạng hạt mài kim cương với tỉ lệ chất phủ Nikel khác Hình dạng tế vi hạt mài Si3N4 phủ Nickel Hạt mài Si3N4 không phủ Nickel (a) phủ Nickel (b) Sự biến đổi lưỡi cắt hạt mài Si3N4 Các hạt mài Cácbít Vônfram phủ bạc Các tính chất lý số loại vật liệu hạt mài thông dụng Chất dính kết liên kết hạt mài với 10 Hình1.10 11 Hình1.11 12 Hình 1.12 13 Hình 1.13 14 Hình 1.14 15 Hình 1.15 15 16 18 19 22 24 25 26 26 27 27 28 28 29 Chất kết dính Cơ chế mòn đá Các dạng mòn đá mài Giản đồ nhấp nhô bề mặt Sự hình thành độ nhám bề mặt Ảnh SEM bề mặt mài Một số dụng cụ sửa đá kim cương Phân loại dụng cụ sửa đá kim cương Sửa đá bút chì kim cương Sơ đồ lực cắt sửa đá Ảnh hưởng chiều sâu sửa đá tsd đến nhiệt độ sửa đá 27 Hình 2.9 Sự biến đổi Topography phụ thuộc vào dạng Topography khởi thủy tải trọng mài 28 Hình 2.10 Ảnh hưởng dụng cụ sửa đá đến chiều cao biên dạng 29 Hình 2.11 Ảnh hưởng Ssd sửa đá đến Topography 30 Hình 3.1 Mô hình thí nghiệm 31 Hình 3.2 Mẫu phôi thí nghiệm 32 Hình 3.3 Máy đo độ nhám SJ 201 – Mitutoyo 33 Hình 4.1 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm ma trận thực nghiệm 34 Hình 4.2 Quan hệ Ra với thống số chế độ sửa đá Ssd , tsd 35 Hình 4.3 Quan hệ Rz với thống số chế độ sửa đá Ssd , tsd 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Hình 1.16 Hình 1.17 Hình 1.18 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 29 31 32 40 40 41 44 45 46 48 50 53 54 55 59 60 61 62 70 70 MỤC LỤC Trang Danh mục ký hiệu Danh mục bảng biểu Dạnh mục hình vẽ đồ thị PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích, đối tượng, nội dung phương pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài 2.2 Đối tượng nghiên cứu 2.3 Nội dung nghiên cứu 2.4 Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học: 3.2 Ý nghĩa thực tiễn 10 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI 1.1 Đặc điểm trình mài 13 1.2 Quá trình tạo phoi mài 15 1.3 Lực cắt mài 19 1.4 Nhiệt cắt phân bố lượng 21 1.5 Đá mài thông số đá mài 24 1.5.1 Cấu trúc chung đá mài 24 1.5.2 Ký hiệu đá mài 29 1.6 Sự mài mòn hạt mài chất kết dính 31 1.7 Sửa đá mài 33 1.8 Chất lượng bề mặt chi tiết sau mài 33 1.8.1 Sự hình thành nhám bế mặt 33 1.8.2 Độ sóng bề mặt yếu tố ảnh hưởng tới độ sóng bề mặt 34 1.8.3 Cấu trúc lớp bề mặt mài yếu tố ảnh hưởng 34 1.8.4 Ứng suất dư lớp bề mặt yếu tố ảnh hưởng 36 1.9 Các nghiên cứu mài 36 1.10 Giới hạn vấn đề nghiên cứu 38 CHƢƠNG 2: ĐỘ NHÁM BỀ MẶT MÀI THÉP C45 NHIỆT LUYỆN VÀ CÔNG NGHỆ SỬA ĐÁ MÀI 2.1 Độ nhám bề mặt yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 39 2.2 Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt 42 2.3 Sửa đá mài 43 2.3.1 Dụng cụ sửa đá 44 2.3.2 Động lực học trình sửa đá 48 2.3.3 Topography đá mài 51 2.3.3.1 Định nghĩa 51 2.3.3.2 Tính chất Topography 51 2.3.3.3 Ý nghĩa Topography 51 2.3.3.4 Sự biến đổi Topography đá mài 52 2.3.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến Topography đá mài 54 2.3.3.5.1 Ảnh hưởng thông số đặc trưng đá mà 54 2.3.3.5.2 Ảnh hưởng dụng cụ sửa đá 54 2.3.3.5.3 Ảnh hưởng chế độ cắt sửa đá 55 a Ảnh hưởng Ssd : 55 b Ảnh hưởng chiều sâu sửa đá tsd 56 c Ảnh hưởng vận tốc cắt sửa đá 56 2.4 Kết luận chương 57 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 3.1 Mô hình thí nghiệm 58 3.1.1 Đặt vấn đề 58 3.1.2 Mô hình thí nghiệm 59 3.1.3 Các thông số công nghệ hệ thống 59 3.1.3.1 Máy 59 3.1.3.2 Đá mài 59 3.1.3.3 Dụng cụ sửa đá 60 3.1.3.4 Chi tiết gia công 60 3.1.3.5 Phương pháp mài: 60 3.1.4 Thiết bị đo nhám: 3.2 Kết luận 60 61 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ 4.1 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm 62 4.2 Phương pháp tiến hành thực nghiệm 63 4.2.1 Phương pháp tiến hành thí nghiệm 63 4.2.2 Số liệu thí nghiệm 64 4.3 Xử lý số liệu thảo luận kết 64 4.3.1 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 64 4.3.2 Xử lý kết thí nghiệm với thép C45 nhiệt luyện 65 4.3.3 Thảo luận kết quả: 71 4.4 Kết luận chương 72 KẾT LUẬN CHUNG 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày với phát triển khoa hoc kỹ thuật nói chung ngành chế tạo máy nói riêng, ngày có nhiều loại vật liệu đời đáp ứng yêu cầu ngày cao tính tính chất đặc biệt khác, tính gia công loại vật liệu thấp (khó gia công), đồng thời chi tiết có yêu cầu ngày cao chất lượng độ xác Do phạm vi sử dụng phương pháp mài ngày mở rộng Mài phương pháp gia công có vị trí quan trọng gia công khí đặc biệt khí xác, máy mài chiếm khoảng 30% tổng số máy cắt kim loại Đặc biệt ngành chế tạo ổ bi, nguyên công mài chiếm khoảng 60% quy trình công nghệ [13], mài tạo chi tiết máy có độ xác cao, chất lượng bề mặt cao, gia công loại vật liệu có tính cao (độ bền cao, độ cứng cao v v ) Mài áp dụng để gia công lần cuối loại chi tiết máy mà áp dụng để gia công thô, nhiều trường hợp bề mặt mài thực mà không qua bước gia công trung gian Ở nước công nghiệp phát triển việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ mài định hình, mài chép hình, mài xác, mài siêu xác vào sản xuất sử dụng rộng rãi thiếu ngành gia công khí Hiện Việt Nam, hoạt động sản xuất khí chưa phát triển, mang tính chất riêng lẻ, quy mô sản xuất loạt nhỏ chí đơn nên việc lựa chọn đá mài cho phù hợp gặp nhiều khó khăn, vấn đề kinh tế, giá thành sản phẩm Điều ảnh hưởng không nhỏ đến hoạt động sản xuất, phát triển tồn doanh nghiệp thời buổi kinh tế thị trường, cạnh tranh khốc liệt Vì vấn đề đặt mở rộng khả mài đá mài, giảm tối đa số chủng loại đá mài hoạt động sản xuất mà đảm bảo suất, độ nhẵn bóng độ xác gia công, từ giảm chi phí thay đá mài làm sở hạ giá thành sản phẩm, tăng khả cạnh tranh lớn cho doanh nghiệp Một mặt, việc chọn đá mài phù hợp để đạt độ xác gia công theo yêu cầu phụ thuộc vào vật liệu gia công, điều có nghĩa là: ứng với loại vật liệu khác ta phải lựa chọn loại đá mài phù hợp Đối với loại vật liệu cứng ta nên chọn đá mài “mềm” để tăng khả năng suất cắt gọt độ nhẵn bóng nhờ chế “tự làm sắc” đá mài Và ngược lại: vật liệu mềm ta nên chọn đá mài “cứng” để tăng suất cắt gọt chống bám dính nên bề mặt đá mài vật liệu mài Mặt khác, sau thời gian mài định ứng với tuổi bền đá mài, đá bị mòn, độ nhám bề mặt tăng, xuất loại dao động, khả cắt đá giảm nhanh, đá mài phải sửa lại Vì trình sửa đá đóng vai trò quan trọng định đến độ xác gia công độ nhẵn bóng bề mặt Hiện nay, xu hội nhập khu vực giới sản phẩm khí Việt Nam phải vươn lên đạt tiêu chất lượng khu vực quốc tế, việc nghiên cứu ứng dụng kết công nghệ mài để góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm khí vấn đề cấp thiết Trước yêu cầu em chọn hướng đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hƣởng chế độ sửa đá tới độ nhám bề mặt mài thép C45 nhiệt luyện ” Mục đích, đối tƣợng, nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài Nghiên cứu điều khiển trình sửa đá để đạt Topography đá thích hợp nhằm cải thiện tính cắt gọt đá, nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao tuổi bền đá mài, mở rộng khả công nghệ đá mài, góp phần nâng cao hiệu kinh tế - kỹ thuật đá mài Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy học tập 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu Sử dụng đá mài CHLB Nga sản xuất với ký hiệu: 24A 40П CM1 K5 A- П П 400.203.35 m/s gia công thép kết cấu C45 qua nhiệt luyện Những kết nghiên cứu đạt vận dụng hiệu trình nghiên cứu ứng dụng thực tiễn mài loại vật liệu khác nhau, loại đá mài khác 2.3 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết tổng quan trình mài Nghiên cứu nhám bề mặt mài thép C45 nhiệt luyện Xác định chế độ công nghệ sửa đá hợp lý để cao độ xác, chất lượng bề mặt chi tiết gia công, mở rộng khả công nghệ đá mài 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm: - Nghiên cứu sở lý thuyết - Tiến hành thí nghiệm xử lý số liệu thí nghiệm - Phân tích đánh giá kết Trong nghiên cứu thực nghiệm chủ yếu Việc nghiên cứu thực nghiệm tiến hành với hệ thống thiết bị đo đại có độ xác cao Ý nghĩa đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học: Bổ sung lý thuyết tổng quan mài vật liệu nói chung mài thép C45 nhiệt luyện nói riêng Đồng thời xác lập mối quan hệ thông số công nghệ sửa đá với độ nhám bề mặt mài thép C45 nhiệt 61 Hình 3.3 Máy đo độ nhám SJ 201-Mitutoyo - Thông số đo được: Ra, Rz, Rt, Rq - Độ phân giải: 0.032 m/300m ; 0,08 µm/75 µm; 0,04 µm/9,4 µm - Bộ chuyển đổi A/D: RS - 232 - Phần mềm điều khiển xử lý số liệu: MSTATw324.0 - Thiết bị hiển thị: máy tính, máy in 3.2 Kết luận - Đã xây dựng hệ thống thí nghiệm đáp ứng nhu cầu cần nghiên cứu - Sử dụng hệ thống đo nhấp nhô tế vi bề mặt đạt yêu cầu kỹ thuật - Hệ thống làm việc ổn định, đảm bảo độ xác, độ tin cậy - Sử dụng tin học công cụ hữu hiệu việc đo lường, lưu trữ xử lý thực nghiệm - Đã tái sử dụng thành công hệ thống thí nghiệm vào công tác nghiên cứu phục vụ cho đề tài 62 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ 4.1 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm, ma trạn thực nghiệm với thông số thay đổi thể hình 4.1 Phương trình quan hệ độ nhám bề mặt Ra Rz với thông số chế độ sửa đá: Ssd , tsd có dạng sau (4.1) [11], [22]: Ra (z) = f (Ssd , tsd ) (4.1) Ssd (m/ph) 1,5 + 1,0 P6 P5 P1 P4 0,5 - P3 0,005 P2 + 0,01 0,015 t sd(mm/htd) Điểm thí nghiệm Ssd (m/ph tsd (mm/htđ) P1 (0) 1,0 (+) 0,015 P2 (-) 0,5 (+) 0,015 P3 (-) 0,5 (0) 0,010 P4 (0) 1,0 (-) 0,005 P5 (+) 1,5 (-) 0,005 P6 (+) 1,5 (0) 0,010 Hình 4.1 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm ma trận thực nghiệm 63 4.2 Phƣơng pháp tiến hành thực nghiệm 4.2.1 Phƣơng pháp tiến hành thí nghiệm Quá trình tiến hành thí nghiệm thực theo bước sau: Bước 1: Tại điểm thí nghiệm Pi ( i = 1,6 ) ứng với thông số công nghệ sửa đá Ssd , tsd ta tiến hành sửa đá Khoảng khảo sát trị số Ssd , tsd hình (4.1) Khoảng khảo sát chế độ công nghệ sửa đá Ssd , tsd xác định dựa sở: - Lý thuyết: vào điều kiện công nghệ cụ thể đá mài (độ hạt, độ cứng, vật liệu hạt mài…), theo sổ tay mài xác định khoảng khảo sát - Thực nghiệm: với HTCN cụ thể sơ đồ thí nghiệm, ta tiến hành thí nghiệm thăm dò để tìm miền giới hạn khảo sát Kết cụ thể vể miền khảo sát trị số Ssd , tsd điểm thí nghiệm cho bảng ma trận thí nghiệm hình 4.1 Bước 2: Tiến hành mài tròn chay dao dọc với chế độ công nghệ mài không đổi (vd = 35 m/s; nct = 160 v/ph ; Ssd = m/ph ; Sn=0,01mm/htđ ) đo đủ số điểm thí nghiệm cần thiết Trong trình mài tiến hành đo độ nhám bề mặt Ra Rz Số liệu thí nghiệm ghi lưu trữ modul Write 00 Để giảm số lần đô nhấp nhô tế vi bề mặt đảm bảo độ tin cậy cần thiết ta tiến hành đo nhấp nhô tế vi bề mặt Ra Rz sau hành trình đơn (gọi chu trình mài) Mỗi chu trình mài 85 giây Bước 3: Đọc liệu thí nghiệm từ Modul Write 00 Quá trình nghiên cứu xác định quan hệ độ nhám thông số công nghệ sửa đá thực gia công thép C45 nhiệt luyện đạt độ cứng HRC = 44÷48 đá mài CHLB Nga, có ký hiệu: 24A 40П CM1 K5 A- П П 400.203.35 m/s 64 4.2.2 Số liệu thí nghiệm Kết đo điểm thí nghiệm (ứng với chế độ công nghệ sửa đá) tính toán tổng hợp bảng từ bảng 4.1 đến bảng 4.5 4.3 Xử lý số liệu thảo luận kết 4.3.1 Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm Bước 1: Tại điểm thí nghiệm Pi ( i = 1,6 ), ta tiến hành đo thông số đặc trưng nhám bề mặt Ra , Rz với thông số chế độ sửa đá Ssd , tsd sơ đồ quy hoạch thực nghiệm Xây dựng đồ thị hàm số Ra(z)= f (Ssd , tsd ) Bước 2: Từ giá trị Ra , Rz xác định bước 1, đưa vào sơ đồ quy hoạch thực nghiệm (hình 4.1) xác định quan hệ Ra , Rz nhám bề mặt với chế độ công nghệ sửa đá Ssd , tsd : Ra(z)= f (Ssd , tsd ) Phương trình (4.2) kết luận văn (4.2) 65 4.3.2 Xử lý kết thí nghiệm với thép C45 nhiệt luyện Bảng 4.1-Bảng tổng hợp số liệu thí nghiệm – thép 45 nhiệt luyện TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Điểm P1 Ra Rz (μm) (μm) 0.80 5.35 0.72 4.81 0.86 5.61 0.76 5.35 0.72 5.24 0.76 5.35 0.78 5.38 0.81 5.47 0.81 5.39 0.85 5.50 0.82 5.03 0.79 5.45 0.85 4.79 0.87 5.70 0.85 5.58 0.90 6.40 0.89 5.57 0.95 6.62 Điểm P2 Ra Rz (μm) (μm) 0.74 4.58 0.65 4.11 0.72 4.47 0.72 4.16 0.71 4.12 0.70 3.87 0.67 3.90 0.68 4.05 0.75 4.18 0.74 4.54 0.70 4.32 0.73 4.56 0.78 4.64 0.75 4.67 0.77 4.80 Điểm P3 Ra Rz (μm) (μm) 0.69 4.16 0.72 4.56 0.70 3.51 0.66 3.72 0.73 4.10 0.74 4.33 0.72 4.19 0.73 4.28 0.71 4.35 0.73 4.30 0.72 4.32 0.72 4.26 0.65 3.92 0.69 3.93 0.73 3.89 0.72 4.20 0.71 4.30 0.74 4.45 Điểm P4 Ra Rz (μm) (μm) 0.76 4.75 0.78 4.89 0.86 5.25 0.85 5.29 0.74 4.64 0.81 4.90 0.74 4.83 0.71 4.34 0.69 4.41 0.81 5.35 0.74 4.56 0.76 4.67 0.83 5.24 Điểm P5 Ra Rz (μm) (μm) 0.74 4.99 0.79 5.44 0.85 5.79 0.87 5.87 0.86 5.38 0.86 5.56 0.84 5.64 0.85 5.43 0.81 5.34 0.82 5.58 0.93 5.86 0.84 5.79 0.81 4.84 0.83 5.27 0.84 5.39 0.86 5.65 0.86 5.78 0.87 5.88 0.92 5.86 Điểm P6 Ra Rz (μm) (μm) 1.09 7.51 1.04 7.31 1.02 7.07 1.03 7.13 0.98 6.73 0.94 6.56 0.92 6.56 0.91 6.56 0.93 6.34 0.90 6.25 0.85 5.76 0.82 5.68 0.83 5.98 0.81 5.79 0.75 5.91 0.72 5.50 0.77 6.08 0.78 5.97 0.76 5.78 0.74 5.61 0.73 5.79 0.71 5.65 Ta thấy quan hệ độ nhám Ra bề mặt với thống số chế độ sửa (4.2) đá có dạng: Ra = A3 (4.3) Lấy logarit vế ta có: log Ra = A2.log Ssd + A4.log tsd + logA3 (4.4) log Ra = y; log Ssd =x1 ; log tsd = x2 ; logA3 = b0 ; A2=b1 ; A4 =b2 Suy ra: y=b0 +b1.x1 +b2.x2 (4.5) 66 Trong phương trình (4.5): y, x1 , x2 biết Vấn đề toán quy hoạch thực nghiệm xác định hệ số b0 , b1 , b2 Giải (4.5) phương pháp ma trận ta có: [X].[B]=[Y]  [X]T.[X].[B]= [X]T.[Y] Đặt [M] = [X]T.[X], suy ta có nghiệm hệ [B]=[M]-1 [X]T.[Y] 1 x11 x1j    1 x21 x2j [X ]   ;   1 x3j   x31  Trong ma trận y   1 b0  y    [Y ]    ; [ B ]  b1        b2   yj   Bảng 4.2 Bảng Logarit biến thực nghiệm TT X1 X2 -1 -1 Ssd tsd (m/ph) (mm/htđ) +1 1,0 0,015 +1 0,5 0,015 0,5 0,010 log(Ssd) log(tsd) log 0,82 0,72 -0,301 -1,824 -1,824 -0,086 -0,142 0,71 -0,301 -2 -0,150 -1 1,0 0,005 0,78 -2,301 -0,108 +1 -1 1,5 0,005 0,84 0,176 -2,301 -0,075 +1 1,5 0,010 0,87 0,176 -2 -0,061 a (μm) Thay số ta có ma trận ; ; Sử dụng phần mềm Maple 12 giải hệ ta có nghiệm  Ra= 0,9962 (4.6) a 67 Quan hệ độ nhám Rz bề mặt với thống số chế độ sửa đá có dạng: Rz = A3 (4.7) Lấy logarit vế ta có: log Rz = A2.log Ssd + A4.log tsd + logA3 (4.8) log Rz= y; log Ssd =x1 ; log tsd = x2 ; logA3 = b0 ; A2=b1 ; A4 =b2 Suy ra: y=b0 +b1.x1 +b2.x2 (4.9) Trong phương trình (4.9): y, x1 , x2 biết Vấn đề toán quy hoạch thực nghiệm xác định hệ số b0 , b1 , b2 Giải (4.9) phương pháp ma trận ta có: [X].[B]=[Y]  [X]T.[X].[B]= [X]T.[Y] Đặt [M] = [X]T.[X], suy ta có nghiệm hệ [B]=[M]-1 [X]T.[Y] 1 x11 x1j    1 x21 x2j [X ]   ;   1 x3j   x31  Trong ma trận y   1 b0  y    [Y ]    ; [ B ]  b1        b2   yj   Bảng 4.3 Bảng Logarit biến thực nghiệm TT X1 -1 Ssd tsd z (m/ph) (mm/htđ) (μm) +1 1,0 0,015 5,45 +1 0,5 0,015 4,34 0,5 0,010 4,15 -1 1,0 0,005 4,85 +1 -1 1,5 0,005 5,54 0,176 -2,301 0,744 +1 1,5 0,010 5,97 0,176 -2 0,776 -1 X2 log(Ssd) log(tsd) log -1,824 0,737 -0,301 -1,824 0,637 -0,301 -2 0,618 -2,301 0,685 z 68 Thay số ta có ma trận ; Sử dụng phần mềm Maple 12 giải hệ ta có nghiệm  Rz= 8,5956 (4.10)  Đánh giá độ tin cậy hàm hồi quy thực nghiệm: (4.6) (4.10) * Mô hình toán học [8]: Ta có độ tin cậy hàm phi tuyến: Trong đó:  y2  r ^   y y  y2 (4.11) n ^2 ^ n  ( yi  y i )  ( yi  y) ,  y  n  i 1 n  i 1 n: Số thí nghiệm, yi: Giá trị thí nghiệm, ^ y i : Giá trị hàm hồi quy thực nghiệm, yi : Giá trị trung bình thí nghiệm n Suy ra: r  n ^  ( yi  y)   ( yi  y i ) i 1 i 1 n (y i 1 i  y) (4.12) Để thuận tiện cho việc đánh giá độ tin cậy theo công thức (4.12), sau tính toán giá trị hồi quy thực nghiệm ta lập bảng (4.4) (4.5) 69 Bảng 4.4 Giá trị hồi quy thực nghiệm phương trình hàm 4.6 TT Tổng TB Rai 0.82 0.72 0.71 0.78 0.84 0.87 4.74 0.79 Rˆ (Rai- Rai ) 0.000961 0.004761 0.006724 0.000100 0.002601 0.006241 0.021388 0.821 0.721 0.708 0.780 0.841 0.869 (Rai- Rˆ ) 0.000001 0.000001 0.000004 0.000000 0.000001 0.000001 0.000008 Bảng 4.5 Giá trị hồi quy thực nghiệm phương trình hàm 4.10 TT Tổng TB Rzi 5.45 4.34 4.15 4.85 5.54 5.97 30.30 5.05 Rˆ zi (Rzi- Rzi ) 0.165649 0.509796 0.811801 0.042025 0.243049 0.855625 2.627945 5.457 4.336 4.149 4.845 5.543 5.975 Thay giá trị vào (4.12) ta có: rRa  (Rzi- Rˆ zi ) 0.000049 0.000016 0.000001 0.000025 0.000009 0.000025 0.000125 0,021388 - 0,000008  0,99963 0,021388 rRz  2,627945 - 0,000125  0,99995 2,627945 Như hàm (4.6) (4.10) đạt độ tin cậy 99,963% 99,995% 70 Đồ thị quan hệ độ nhám Ra Rz bề mặt với thống số chế độ sửa đá Ssd , tsd có dạng: Hình 4.2 Quan hệ Ra với thống số chế độ sửa đá Ssd , tsd Hình 4.3 Quan hệ Rz với thống số chế độ sửa đá Ssd , tsd 71 4.3.3 Thảo luận kết quả: Độ nhám bề mặt phụ thuộc không vào chế độ cắt mà phụ thuộc nhiều vào chế độ công nghệ sửa đá Khi giảm Ssd , tsd trị số nhấp nhô tế vi bề mặt Ra Rz giảm Kết hoàn toàn phù hợp với lý thuyết nghiên cứu Trong ảnh hưởng Ssd lớn ảnh hưởng tsd Nguyên nhân: giảm Ssd ,mật độ lưỡi cắt tĩnh, mật độ lưỡi cắt động tăng (trên hạt mài có nhiều lưỡi cắt) nhanh so với giảm tsd Vì mài tinh nên chọn Ssd , tsd nhỏ Tuy nhiên không nên chọn Ssd , tsd nhỏ Ở điều kiện thí nghiệm cụ thể này, không nên sửa đá với chế độ Ssd < 1m/ph; tsd < 0,01 mm/htđ Vì sửa đá chất lượng bề mặt Ra , Rz giảm không đáng kể, mà làm cho khả cắt đá mài giảm mạnh, lực cắt tăng, rung động tăng nên tuổi bền đá giảm nhiều Khi sửa đá với Ssd , tsd lớn, nhấp nhô tế vi bề mặt lớn, thời gian để Topography đạt trạng thái ổn định kéo dài Tuy nhiên lực cắt, rung động giảm, khả cắt đá tăng Vì mài thô (cần suất mài cao mà không cần quan tâm tới chất lượng bề mặt) nên chọn chế độ công nghệ sửa đá Ssd , tsd lớn Từ phương trình (4.2), ta hoàn toàn xác định chế độ công nghệ sửa đá Ssd , tsd phù hợp đáp ứng yêu cầu kỹ thuật nguyên công 72 4.4.Kết luận chƣơng Đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, thu nhận, lưu trữ sử lý số liệu thí nghiệm Số lượng thí nghiệm đủ lớn, đảm bảo độ tin cậy Các kết nghiên cứu thực nghiệm hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu lý thuyết Đã xây dựng mối quan hệ thông số nhám bề mặt Ra , Rz với thông số chế độ sửa đá Ssd , tsd dạng hàm số mũ Chế độ công nghệ sửa đá ảnh hưởng lớn đến Topography đá nên ảnh ưởng lớn đến chất lượng bề mặt gia công Xuất phát từ điều kiện yêu cầu công nghệ cụ thể ta chọn thông số công nghệ sửa đá Ssd , tsd hợp lý Cùng vật liệu đá mài thay đổi chế độ công nghệ sửa đá ta mài vật liệu có độ cứng, độ bền khác đảm bảo chất lượng yêu cầu (khi gia công tinh, mài thép 45 nhiệt luyện nên chọn Ssd , tsd nhỏ) (Còn mài thép 45 thường hóa nên chọn Ssd , tsd [4]) Như ta khẳng định rằng: thay đổi chế độ công nghệ sửa đá mở rộng khả gia công đá mài, cho phép mở rộng tính linh hoạt nguyên công mài phù hợp với điều kiện sản xuất Việt Nam Ví dụ: viên đá có độ hạt, độ cứng cố định (thường chọn độ hạt độ cứng trung bình) Nếu điều khiển chế độ công nghệ sửa đá để tạo Topography hợp lý, ta mài số loại vật liệu khác mà không cần phải thay đá giảm thời gian chi phí gia công sản xuất hàng loạt 73 KẾT LUẬN CHUNG Kết nghiên cứu cho thấy: Độ nhám bề mặt mài không phụ thuộc vào chế độ cắt mà phụ thuộc lớn vào chế độ công nghệ Ssd , tsd sửa đá Đã đưa phương pháp nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng chế độ công nghệ sửa đá Ssd , tsd tới thông số nhám bề mặt Ra , Rz hai phương diện lý thuyết thực nghiệm dạng hàm Ra(z) = A3 Từ tìm thông số công nghệ sửa đá hợp lý đáp ứng yêu cầu công nghệ khác Xác định chế độ sửa đá hợp lý cho cặp đá mài – vật liệu gia công nhằm đạt độ nhẵn bóng bề mặt cao nhất, góp phần nâng cao hiệu nguyên công mài Các kết đạt làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu tiếp theo, hướng tới nâng cao hoàn thiện cho kết nghiên cứu mài 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS Trần Văn Địch, PGS.TS Nguyễn Trọng Bình, PGS.TS Nguyễn Thế Đạt, PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp, PGS.TS Trần Xuân Việt tác giả, Công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học kỹ thuật (2008) [2] Nguyễn Trọng Bình, Tối ưu hoá trình cắt gọt, Nhà xuất Giáo dục – Hà Nội (2003) [3] Ngô Cường Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến vài thông số đặc trưng cho trình cắt mài thép IIIX15 X12M đá mài Hải Dương máy tròn ngoài, Luận án Tiến sỹ, Hà Nội (2007) [4].Trần Minh Đức, ảnh hưởng thông số công nghệ sửa đá đến tuổi bền đá mài mài tròn ngoài, Luận án Tiến sỹ, Hà Nội (2002) [5] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý, Nguyên lý gia công vật liệu, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật – Hà Nội (2001) [6] Nguyễn Huy Ninh, Nghiên cứu xây dựng phương pháp đánh giá tính cắt gọt đá mài, Luận án Tiến sỹ, Hà Nội (1996) [7] Lưu Văn Nhang, Kỹ Thuật mài kim loại, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật – Hà Nội (2003) [8] Trần Đức Qúy, Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết mài tròn ngoài, Luận án Tiến sỹ, Bách Khoa – Hà Nội (2007) [9] Nguyễn Văn Tính, Kỹ Thuật mài, Nhà xuất công nhân Kỹ thuật – Hà Nội (1978) [10] Nguyễn Thế Hùng, Trần Thế San, Hoàng Trí, Thực hành khí tiện, phay, bào, mài NXB Đà Nẵng (2002) [11] Nguyễn Doãn Ý, Giáo trình Quy hoạch thực nghiệm, Nhà xuất Bản Khoa học Kỹ thuật – Hà Nội (2000) 75 [12] TS Trương Hoành Sơn, Bài giảng Phương pháp gia công tinh hạt mài, Đại Học Bách Khoa - Hà Nội (2009) [13] Е Н Маслов (1974), Теория шлифования материал, Машиностроение Москва [14] Н Л Дубовик, В С Мендельсон (1982), Устройства для правки шлифовальных кругов алмаэными, Наукова думка, Киев [15] M.Kaiser, Fortschrittliches abrichten moderner schleifscheiben [16] M.Week (1994), Einfluss der schnittbedingugen auf den prozessverlauf begim schleifen, Dusseldorf [17] Professor Allen Yi (Spring 2004), GRINDING AND OTHER ABRASIVE PROCESS, The OHIO state University, ISE 311 Lecture [18] S.Markin (1989), “Grinding technology theory and applycation machining with abrasive” , Massachusetts [19] Wilfried Konig(1989), Fertigungsverfahren Band 2, VDI Verlag [20] S.Malkin (1989), Grinding technology, Ellis Horwood Limited [21] Brinksmeier E, Cammett J.T., Wilfried Konig., Leskovar P, Peters (1982), Residual Stress – Measurement and Causes in Machining Processes, CIRP Aninals – Manufacturing Technology 31 (2), pp.491- 510 [22] H.Popke (1994), Planung, Aus – und Bewertung von, Expenment mit hilfe der mathematischen statistik, T.U Magdenburg ... NGHỆ SỬA ĐÁ MÀI 2.1 Độ nhám bề mặt yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 39 2.2 Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt 42 2.3 Sửa đá mài 43 2.3.1 Dụng cụ sửa đá 44 2.3.2 Động lực học trình sửa đá. .. “ Nghiên cứu ảnh hƣởng chế độ sửa đá tới độ nhám bề mặt mài thép C45 nhiệt luyện ” Mục đích, đối tƣợng, nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài Nghiên cứu điều khi n trình sửa đá. .. lớp bề mặt mài yếu tố ảnh hưởng 34 1.8.4 Ứng suất dư lớp bề mặt yếu tố ảnh hưởng 36 1.9 Các nghiên cứu mài 36 1.10 Giới hạn vấn đề nghiên cứu 38 CHƢƠNG 2: ĐỘ NHÁM BỀ MẶT MÀI THÉP C45 NHIỆT LUYỆN