Pz> Px Lực cắt mài phân tích sơ đồ hình 2.4, lực mài P phân tích lực thành phần Px lực hướng trục, P y lực hướng kính, P z lực tiếp tuyến vng góc với mặt phẳng cắt, tính theo cơng thức sau: Pz = Cp Vct S t 10 (N) Trong đó: Vct- Là vận tốc chi tiết mài S - Lượng chạy dao (mm/vòng) T - Chiều sâu mài (mm/hành trình kép) Cp- Hệ số phụ thuộc vào vật liệu d Công suất mài Công suất động để truyền động trục đá mài tính theo cơng thức sau: Nđá = Pz.Vda (kw) 102. Trong đó: Nđá- Cơng suất động trục đá mài (kw) Vđá- Tốc độ quay đá mài (m/s) - Hệ số truyền dẫn máy, = 0,75 0,8 Pz - Lực cắt gọt mài 1.1.2 Các phương pháp mài a Mài tròn ngồi Hình 1.5 Các sơ đồ mài tròn ngồi a tiến dao dọc; b Tiến dao hướng kính; c Tiến dao tiếp xúc; d, e tiến dao xiên; g mài mặt đầu đá mài; h mài vô tâm ăn dao dọc; i mài vô tâm ăn dao ngang b Mài lỗ Hình 1.6 Các sơ đồ mài a tiến dao dọc; b tiến dao ngang (hướng kính); c tiến dao dọc chi tiết cố định; tiến dao ngang chi tiết cố định; e mài vô tâm; chi tiết gia công; Bánh dẫn; lăn đỡ phía dưới; lăn ép phía c Mài mặt phẳng Hình 1.7 Các sơ đồ mài mặt phẳng a đá mài tròn, tiến dao dọc; b Đá mài tròn, tiến dao dọc ngang; c Đá mài tròn,chạy dao vòng; d Đá mài mặt đầu, chạy dao vòng; e đá mài mặt đầu, tiến dao dọc; g Đá mài mặt đầu, tiến dao dọc ngang d mài định hình d Các kiểu chạy dao mài - Mài tiến dọc (Sd ) - Mài tiến ngang (Sng) - Mài quay tròn (Sv) - Mài phối hợp 1.2 Các thông số công nghệ mài 1.2.1 Chiều sâu cắt (t) 1.2.2 Lượng chạy dao (Sd, Sng) 1.2.3 Tốc độ cắt Tốc độ vòng quay đá tính m/s theo cơng thức: π.D d n d V® = (m/s) 1000.60 1.3 Các thơng số đánh giá đến chất lƣợng mài 1.3.1 Độ nhám bề mặt Trong q trình gia cơng, bề mặt mài hình thành cắt gọt hạt đá mài vào bề mặt chi tiết Quá trình mơ tả hình 1.8, bề mặt có độ bóng cao bề mặt chi tiết ta thấy có vết nhấp nhơ dạng sóng, trị số nhấp nhơ biểu thị cho cấp độ nhẵn bề mặt Ra v Rz Đá mài Chi tiết gia công l Hỡnh 1.8 Độ nhấp nhô bề mặt mài Độ nhám bề mặt gia công đo chiều cao nhấp nhơ Rz sai lệch profin trung bình cộng (trung bình số học) Ra lớp bề mặt 10 c Bo cacbit: (Carbide boron) d Boron Nitride thể lập phương (CBN) f Kim cương nhân tạo 1.4.2 Chất dính kết đá mài a Chất keo Kêramic (gốm G ) b Chất keo vuncanic(V) c Chất keo bakêlit (B) 1.4.3 Độ hạt, mật độ độ cứng đá mài a Độ hạt đá mài Độ hạt đá mài biểu thị kích thước thực tế hạt mài theo TOCT - 3647 - 59 b Mật độ đá mài Mật độ đá mài có từ 12 cấp, cấp tỷ lệ hạt mài, chất keo, khoảng trống đơn vị thể tích đá Mật độ lớn khoảng cách hạt mài tăng c Độ cứng đá mài: Là khả giữ lại chất keo hạt mặt đá có lực tác dụng vào (khi đá mài tham gia cắt gọt) Độ cứng đá mài phân làm nhiều cấp, tiêu chuẩn TCVN-C1164 d Ký hiệu, hình dạng đá mài tên gọi e Chọn kiểm tra chất lượng đá mài Chọn đá mài quan trọng, ảnh hưởng đến suất chất lượng mài, độ xác, độ nhẵn bề mặt, lượng hao phí đá mài an tồn lao động 11 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 2.1 Khái niệm quy hoạch thực nghiệm 2.1.1 Khái niệm thiết kế thực nghiệm Các tham số Điều khiển Quá trình, Hệ thống, Đầu vào Đầu Đối tƣợng Các tham số không điều khiển Hình 2.1 Mơ hình hóa q trình, đối tượng nghiên cứu 2.1.2 Các nguyên tắc thiết kế thực nghiệm a Nguyên tắc ngẫu nhiên (Principle of Randomization) b Nguyên tắc lặp lại (Principle of Replication) c Nguyên tắc tạo khối (Principle of Blocking) 2.1.3 Các dạng thiết kế thực nghiệm a Thực nghiệm chọn lọc b Thực nghiệm yếu tố c Thực nghiệm Taguchi d Thực nghiệm bề mặt tiêu (Response Surface Designs) 2.1.4 Trình tự thực thiết kế thực nghiệm Một cách tổng quát, quy hoạch thực nghiệm thực theo trình tự: PHỎNG ĐỐN THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH (CONJEC (DESI (EXPERI (ANAL 12 Chọn nhân tố thay đổi, nhân tố ổn định thông số đầu cho thực nghiệm Chọn dạng quy hoạch thực nghiệm Chọn mơ hình phương trình hồi quy (mơ hình toán) Xác định miền giá trị, mức nhân tố Tiến hành thí nghiệm, thu kết Loại bỏ sai số thơ Tính tốn hệ số phương trình hồi quy Kiểm tra tính thích hợp phương trình hồi quy Nếu khơng thích hợp lặp lại bước tính thích hợp thỏa mãn Phân tích kết 2.2 Thiết lập mơ hình thí nghiệm 2.2.1 Khái niệm chọn mơ hình tốn thực nghiệm 2.2.2 Xác định tham số mơ hình tốn a Phương trình hồi quy bậc (tuyến tính) biến Phương trình hồi quy tuyến tính biến có dạng sau: y = b0 + b1.x b Phương trình hồi quy bậc (parabol) Phương trình hồi quy bậc có dạng sau: y = b0 + b1.x + b11.x2 c Phương trình hồi quy nhiều biến y = b0 + b1.x1 + b2.x2 + + bk.xk d Phương pháp hồi quy dạng - Hàm dạng mũ: Hàm hồi quy có dạng: y = a.xb (a > 0, x > 0) - Hàm dạng lũy thừa: Hàm hồi quy có dạng: y = a.bx (a > 0, b > 0) - Hàm dạng phân số: x Hàm hồi quy có dạng: y a b.x 13 - Hàm phi tuyến nhiều biến: Hàm hồi quy có dạng: y b0 x1b1.x2b x3b3 xnbn - Hàm dạng đa thức: Hàm hồi quy có dạng: y = b0 + b1.x1 + b2.x2 + b3.x3 + + bn.xn 2.3 Quy hoạch bậc hỗn hợp quay Box – Hunter (Rotatable CCD) Phương trình hồi quy thực nghiệm có dạng: n y b0 bi xi i 1 TT 10 11 12 13 n k i , j 1; i j i 1 bij xi x j bii xi2 Bảng ma trận quy hoạch quay bậc với yếu tố x0 x1 x2 x1 x2 x12 + + + + + + + + + + + + + + + -1,414 0 + +1,414 0 + -1,414 0 + +1,414 0 + 0 0 + 0 0 + 0 0 + 0 0 + 0 0 x22 + + + + 0 2 0 0 14 CHƢƠNG TỐI ƢU HĨA MỘT SỐ THƠNG SỐ CÔNG NGHỆ KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY MÀI PHẲNG HGS-65A 3.1 Sơ lƣợc máy mài phẳng HGS-65A Máy mài phẳng HGS-65A sản xuất Hàn Quốc, máy mài chuyên dùng để mài phẳng bề mặt chi tiết máy u cầu đạt độ bóng cao, gia cơng loại vật liệu kim loại khác gang, thép, đồng, nhơm Máy có hệ thống di chuyển trục hệ thống thủy lực tự động, trục chuyển động quay tròn đặt cố định Hình 3.1 Máy mài phẳng HGS-65A (Hàn Quốc) 15 3.2 Tối ƣu hóa độ nhám bề mặt chi tiết gia công đá mài FLANGE - WA46KMV máy mài phẳng HGS-65A 3.2.1 Điều kiện thực nghiệm a Phạm vi thí nghiệm Độ nhám bề mặt tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng chi tiết gia công Luận văn lựa chọn thông số công nghệ có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt chi tiết mài chiều sâu cắt t tốc độ chạy dao Sd Các thí nghiệm thực điều kiện sau: - Máy mài phẳng HGS-65A (Hàn Quốc): tốc độ quay trục (trục mang đá): 1800 vòng/phút; kích thước mâm từ (dài x rộng x cao): 600 x 500 x 110; công suất động trục (trục mang đá): 3,7kw - Đá mài Hàn Quốc, ký hiệu Flange - WA46KMV, đường kính đá mài (đường kính ngồi x chiều dày x đường kính trong) 305x38x127 - Vận tốc bàn máy theo phương ngang: Sng = mm/htk - Dung dịch trơn nguội: GR-W940 - Chi tiết: vật liệu C45, hình hộp chữ nhật có kích thước 75 x 45 x 25 mm - Độ nhám đo máy: Mitutoyo SJ301 Các thông số công nghệ điều chỉnh để nghiên cứu nằm phạm vi: - Chiều sâu cắt: t = 0,1 0,4 mm - Tốc độ chạy dao dọc: Sd = 15 m/phút b Trình tự thí nghiệm Sử dụng quy hoạch bậc hỗn hợp quay Box – Hunter với số yếu tố ảnh hưởng k =2 Như vậy, tổng cộng cần tiến hành thực 13 thí nghiệm (N = 13) với: - Số thí nghiệm nhân phương án: k = - Số thí nghiệm điểm ( * ): 2.k = 16 - Số thí nghiệm tâm phương án: n0 = Số lượng thí nghiệm TT t (mm) Sd (m/phút) 0,1 0,4 0,1 15 0,4 15 0,04 10 0,46 10 0,25 0,25 17 0,25 10 10 0,25 10 11 0,25 10 12 0,25 10 13 0,25 10 Khi đó, phương trình hồi quy thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ độ nhám Ra chiều sâu cắt t tốc độ chạy dao dọc Sd có dạng: n y b0 bi xi i 1 n k i , j 1; i j i 1 bij xi x j bii xi2 3.2.2 Kết thực nghiệm a Mẫu thí nghiệm Thực 13 thí nghiệm, lặp lại lần với 26 mẫu thí nghiệm sau: 17 Hình 3.2 Mẫu thí nghiệm đo độ nhám Ra b Kết đo thí nghiệm - Thực thí nghiệm đo độ nhám Ra máy đo Mitutoyo - Kết đo thí nghiệm Ra TT t (mm) Sd (m/phút) Ra (lần 1) Ra (lần 2) 0,1 0,698 0,728 0,4 0,249 0,263 0,1 15 0,279 0,372 0,4 15 0,751 0,709 0,04 10 0,710 0,796 0,46 10 0,850 0,811 0,25 0,178 0,162 0,25 17 0,634 0,683 0,25 10 0,258 0,373 10 0,25 10 0,391 0,202 11 0,25 10 0,177 0,225 12 0,25 10 0,403 0,221 13 0,25 10 0,263 0,378 18 3.2.3 Xử lý kết thực nghiệm a Xác định phương trình hồi quy thực nghiệm Ra = 1,443552 – 7,91861.t – 0,052359.Sd + 0,287173.t.Sd + 10,09377.t2 Bang gia tri Ra 0.792 17 0.72216 0.6521 921 0.7 16 22 21 65 13 82 0.5 16 14 0.58 213 0.51212 58 0 86 22 21 21 0.37209 0.3 72 09 44 21 11 s(m/ph) 21 0.5 12 0.512 821 0.5 5 21 0.6 221 0.7 10 0.5 1 1 .422 352 282 212 142 07 22 21 16 15 79 22 52 0.7 0.6 0.4 42 11 0.44 21 12 002 2 62 19 0.7 0.7 217 22 0.6 16 52 15 0.5 72 09 0.442 0.51 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 21 44 11 12 12 1 72 14 22 0.3 0.5 21 22 86 93 002 0.37209 0 44 21 51 21 0 .65 72 21 215 821 79 21 21 212 0.3 0.35 0.4 0.45 t(mm) Do thi nham be mat 1.6 1.4 Ra 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 15 0.4 10 0.3 0.2 s(m/ph) 0.1 t(mm) Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ra t, Sd 19 Từ phương trình hồi quy, ta nhận thấy hai thông số chiều sâu cắt t tốc độ chạy dao dọc Sd ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chi tiết gia công mức độ khác Khi chiều sâu cắt (mài) tăng sinh yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng dẻo lớp vật liệu bề mặt, rung động máy, nhiệt cắt, lực cắt tăng lên yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt chi tiết gia công Mặt khác, giảm chiều sâu cắt nhỏ làm hạt mài không cắt gọt được, vùng cắt xảy tượng trượt làm độ nhám bề mặt chi tiết tăng lên Khi tăng tốc độ chạy dao dọc Sd làm giảm vết xước làm giảm độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng làm tăng vận tốc cắt Nếu ta giảm tốc độ chạy dao Sd nhỏ dẫn đến bề mặt chi tiết bị biến cứng dẫn đến hạt mài nhanh mòn làm tăng độ nhám bề mặt gia công 3.2.4 Tối ưu hóa độ nhám bề mặt Từ phương trình hồi quy, sử dụng phần mềm Matlab để tìm giá trị tối ưu chiều sâu cắt t lượng chạy dao S d để độ nhám Ra nhỏ Kết quả, giá trị độ nhám nhỏ Ramin = 0.3019 tương ứng với topt = 0.2708 (mm) Sdopt = 8.5713(m/ph) Tuy nhiên, thực tế sản xuất thấy rằng, lúc gia cơng với giá trị t Sd tối ưu Tùy thuộc vào bước cơng nghệ mà ta ưu tiên chọn chiều sâu cắt lượng chạy dao; định trước (dự đoán) giá trị độ nhám mong muốn đạt được, từ rút giá trị chiều sâu cắt lượng chạy dao tương ứng Ví dụ, trường hợp chiều sâu cắt t biết trước, chẳng hạn, chiều sâu cắt cho gia công tinh thường chọn t = 0.1(mm) Khi đó, từ phương trình hồi quy dễ dàng xác định giá trị tối ưu độ nhóm bề mặt Ramin = 0.5222 tương ứng với Sd = 11.3306 20 (m/ph) Đồ thị mối quan hệ Ra Sd với t = 0.1(mm) thể Hình 3.4 Do thi nham be mat t=0.1(mm) 1.2 1.1 Ra 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 10 12 14 16 18 s(m/ph) Hình 3.4 Quan hệ Ra với Sd tương ứng t = 0.1(mm) Do thi nham be mat s=10(m/ph) 0.8 0.75 0.7 0.65 Ra 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 t(mm) Hình 3.5 Quan hệ Ra t tương ứng với Sd = 10(m/ph) 3.3 Thiết kế giao diện tính tốn chọn thông số công nghệ tối ƣu S d, t độ nhám Ra Từ phương trình hồi quy, ứng dụng phần mềm Matlab để thiết kế giao diện tìm giá trị độ nhám Ra tối ưu mối 21 quan hệ thông số công nghệ (t, Sd), ta chọn chiều sâu cắt t Sd để tìm Ra tối ưu nhất, ta chọn Ra chiều sâu cắt t trước để tìm Sd tối ưu nhất, ta chọn Ra Sd trước để tìm chiều sâu cắt tối ưu Với ứng dụng ta áp dụng để chọn chế độ cắt tối ưu nhằm đảm bảo độ nhám bề mặt chi tiết theo u cầu q trình gia cơng mài phẳng bề mặt chi tiết máy mài phẳng HGS-65A Trình tự nhập liệu sau: Hình 3.6 Trang giao diện chọn Sd, t độ nhám Ra Tại giao diện cửa sổ ta chọn nút Start >> để vào hộp thoại chọn thông số tối ưu Sd, t độ nhám Ra, để thoát khỏi hình giao diện ta chọn nút Exit Khi chọn nút Start >> lúc xuất cửa sổ sau: 22 Hình 3.7 Trang giao diện thể thơng số tối ưu Sd , t, Ra Hình 3.8 Trang giao diện để tính tốn độ nhám Ra tối ưu 23 Hình 3.9 Trang giao diện để tính tốn tốc độ chạy dao dọc Sd tối ưu Hình 3.10 Trang giao diện để tính tốn chiều sâu cắt t tối ưu 24 KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG CỦA ĐỀ TÀI Qua q trình nghiên cứu đề tài “Tối ưu hóa số thông số công nghệ mài phẳng”, máy mài phẳng HGS-65A, tác giả áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc hỗn hợp quay Box – Hunter để xác định phương trình hồi quy biểu diễn mối quan hệ thông số công nghệ chiều sâu cắt t tốc độ chạy dao dọc Sd đến độ nhám bề mặt chi tiết Ra mài phẳng vật liệu thép C45 Sử dụng phần mềm Matlab giải phương trình hồi quy tìm giá trị cơng nghệ (t, Sd) tối ưu với giá trị độ nhám Ra nhỏ Ngồi ra, sở phương trình hồi quy, viết giao diện cho phép người sử dụng chọn trước giá trị chiều sâu cắt lượng chạy dao với giá trị độ nhám nhỏ tìm giá trị lượng chạy dao chiều sâu cắt tương ứng; chọn trước giá trị độ nhám hai giá trị chiều sâu cắt lượng chạy dao có giá trị lại Trên sở kết nghiên cứu Đề tài giúp cho trình nghiên cứu cho số thông số công nghệ khác tốc độ cắt v, tốc độ chạy dao ngang Sng, độ rung động máy, nhiệt cắt, lực cắt, vật liệu đá mài, dung dịch làm mát, ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chi tiết gia công sở để nhân rộng tiếp tục nghiên cứu máy mài phẳng khác thuộc hãng sản xuất khác nhằm đạt mục tiêu sản phẩm đạt cấp độ nhám theo yêu cầu, nâng cao chất lượng bề mặt làm việc chi tiết, tăng suất giảm giá thành sản phẩm ... CHƢƠNG TỐI ƢU HĨA MỘT SỐ THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY MÀI PHẲNG HGS-65A 3.1 Sơ lƣợc máy mài phẳng HGS-65A Máy mài phẳng HGS-65A sản xuất Hàn Quốc, máy mài chuyên dùng để mài phẳng. .. ưu 24 KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG CỦA ĐỀ TÀI Qua trình nghiên cứu đề tài Tối ưu hóa số thơng số công nghệ mài phẳng , máy mài phẳng HGS-65A, tác giả áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc... chọn thơng số công nghệ tối ƣu S d, t độ nhám Ra Từ phương trình hồi quy, ứng dụng phần mềm Matlab để thiết kế giao diện tìm giá trị độ nhám Ra tối ưu mối 21 quan hệ thông số công nghệ (t, Sd),