Bài viết trình bày nghiên cứu mô phỏng quá trình mài vô tâm chạy dao hướng kính để dự đoán quy luật ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến độ không tròn (Δ) của bề mặt chi tiết. Các thông số công nghệ được sử dụng trong nghiên cứu này là vận tốc đá dẫn (vdd), lượng chạy dao hướng kính (Sk ) và góc cao tâm của chi tiết (β).
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU DỰ ĐỐN QUI LUẬT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ KHƠNG TRỊN CỦA BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI VƠ TÂM CHẠY DAO HƯỚNG KÍNH Đỗ Đức Trung1*, Hồng Tiến Dũng1, Trần Thị Thu Hằng2 Tóm tắt: Bài báo trình bày nghiên cứu mơ q trình mài vơ tâm chạy dao hướng kính để dự đốn qui luật ảnh hưởng số thơng số cơng nghệ đến độ khơng tròn (Δ) bề mặt chi tiết Các thông số công nghệ sử dụng nghiên cứu vận tốc đá dẫn (vdd), lượng chạy dao hướng kính (Sk) góc cao tâm chi tiết (β) Kết cho thấy qui luật ảnh hưởng thơng số đến Δ bề mặt chi tiết mô phù hợp với thí nghiệm Từ qui luật cho phép xác định khoảng giá trị thông số (vdd, Sk, β) đảm bảo bề mặt chi tiết gia cơng có Δ nhỏ Đồng thời báo trình bày hướng phát triển cho nghiên cứu Từ khóa: Mài vơ tâm chạy dao hướng kính; độ khơng tròn; vận tốc đá dẫn; lượng chạy dao hướng kính; góc cao tâm chi tiết; mơ Influence - rule of technical parameters on roundness error of workpiece in plunge centerless grinding by simulation Abstract: This paper presents the research on the influence rule of technical parameters on roundness error of workpiece (Δ) in plunge centerless grinding by simulation Technical parameters which are considered in this paper are control wheel velocity (vdd), plunge feed rate (Sk) and center height angle of workpiece (β) Results of experiments and simulations prove that the theoretical predictions are in agreement with the experimental results, and the expected results are very close to those of the experiments The application of the simulation program allows estimating and assuring the approximate values of some parameters (vdd, Sk, β) when processing a workpiece with small Δ and are relatively stable in specific conditions Finally, suggestions for further research are given Keywords: Plunge centerless grinding; roundness error; control wheel velocity; plunge feed rate; center height angle of workpiece; simulation Nhận ngày 10/5/2017, sửa xong 8/6/2017, chấp nhận đăng 23/6/2017 Received: May 10, 2017; revised: June 8,2017; accepted: June 23, 2017 Đặt vấn đề Trong gia cơng khí, mài vơ tâm phương pháp cho suất cao nhiều lần so với mài có tâm nhờ thời gian gá đặt tháo dỡ chi tiết ít; độ cứng vững máy mài vơ tâm cao so với máy mài có tâm Đây phương pháp gia công sử dụng rợng rãi để chế tạo chi tiết tròn xoay, đặc biệt ngành cơng nghiệp tơ, vòng bi, số chi tiết động cơ,… [1-3] Cũng phương pháp gia công tinh khác, phương pháp mài vô tâm, Δ bề mặt chi tiết thông số kỹ thuật quan trọng định chất lượng vật mài Tuy nhiên, mài vơ tâm chạy dao hướng kính, để xác định điều chỉnh giá trị thơng số q trình gia cơng đảm bảo gia cơng chi tiết có Δ nhỏ công việc phức tạp tốn nhiều thời gian thợ có tay nghề cao [4,5] Với mong muốn xác định khoảng giá trị thông số công nghệ đảm bảo gia cơng bề mặt chi tiết có Δ nhỏ điều kiện cụ thể, có số nghiên cứu áp dụng phương pháp phân tích động học vật mài Rowe Barash [6] để mô dự đốn qui luật ảnh hưởng số thơng số q trình gia cơng đến Δ: ảnh hưởng Sk sai số bề mặt đá dẫn [7]; ảnh hưởng β [8]; ảnh hưởng β vận tốc chi tiết (vct) [9,10]; ảnh hưởng vận tốc đá mài (vdm) Sk [11]; ảnh hưởng sai số bề mặt đá dẫn [12]; ảnh hưởng β vdd [13] Tuy nhiên, nghiên cứu kể xét đến khía cạnh động học vật TS, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội KS, Trường Cao đẳng Kinh tế Kỹ thuật - Đại học Thái Nguyên *Tác giả E-mail: dotrung.th@gmail.com 212 TẬP 11 SỐ 07 - 2017 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG mài, làm cho qui luật ảnh hưởng thông số công nghệ đến Δ mô thường chưa sát so với thí nghiệm Trong báo này, tiến hành nghiên cứu mơ dự đốn qui luật ảnh hưởng số thông số công nghệ đến Δ dựa việc phân tích động lực học vật mài Kết cho thấy qui luật ảnh hưởng thông số vdd, Sk, β đến Δ mô phù hợp với thực nghiệm Từ qui luật cho phép xác định khoảng giá trị thông số vdd, Sk, β đảm bảo bề mặt chi tiết gia cơng có Δ nhỏ Đồng thời hướng phát triển cho nghiên cứu đề cập đến báo Xây dựng thuật toán Thuật toán xây dựng sở kế thừa bổ sung nghiên cứu Krajnik cộng [14] Hình Sơ đồ phân tích động lực học chi tiết gia công [14] Krajnik cộng [14] tiến hành phân tích động lực học vật mài với sơ đồ phân tích Hình 1, từ họ đưa phương trình (1) đến (13) Trên sở phương trình họ xây dựng thuật tốn để dự đốn thơng số đầu trình mài, bao gồm: mức độ ổn định hình học (Gn); lượng dịch tâm chi tiết (xct, yct); độ lớn vấu lồi bề mặt chi tiết (Arct) hình dạng bề mặt chi tiết (rct(θ)) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) đó: mct khối lượng chi tiết; xct(t), yct(t) lượng dịch chuyển tâm chi tiết theo thời gian t theo phương x phương y; thành phần lực pháp tuyến bề mặt đá mài, bề mặt tỳ bề mặt đá dẫn điểm tiếp xúc với bề mặt chi tiết; thành phần lực tiếp tuyến bề mặt đá mài, bề mặt tỳ bề mặt đá dẫn điểm tiếp xúc với bề mặt chi tiết; αg góc hợp pháp tuyến chung bề mặt đá mài - bề mặt chi tiết pháp tuyến chung bề mặt tỳ - bề mặt chi tiết; βG góc hợp pháp tuyến chung bề mặt đá mài - bề mặt chi tiết pháp tuyến chung bề mặt TẬP 11 SỐ 07 - 2017 213 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG đá dẫn - bề mặt chi tiết; Kdm, Kdd, Ktt độ cứng đàn hồi bề mặt đá mài, bề mặt đá dẫn bề mặt tỳ; cdm, cdd, ctt hệ số giảm chấn bề mặt đá mài, bề mặt đá dẫn bề mặt tỳ; μdm, μdd, μtt hệ số ma sát điểm tiếp xúc bề mặt chi tiết - bề mặt đá mài, bề mặt chi tiết - bề mặt đá dẫn bề mặt chi tiết - bề mặt tỳ Trong đó, theo Krajnik cộng [14]: hệ số Kdm, Kdd, Ktt, cdm, cdd, ctt, μdm, μdd, μtt hệ số thường gặp nhiều khó khăn xác định giá trị chúng Tuy nhiên hệ số ảnh hưởng khơng nhiều đến thơng số đầu chương trình mơ phỏng; xud(t) lượng dịch chuyển ụ đá theo phương pháp tuyến với bề mặt chi tiết điểm tiếp xúc với đá mài sau khoảng thời gian t Biên dạng chi tiết gia công thể sau: đó: biểu diễn biên dạng bề mặt chi tiết thời điểm ban đầu ( chuyển tâm chi tiết theo phương x phương y (Hình 1) xác định theo: (9) ); xct(θ), yct(θ) lượng dịch (10) (11) Độ lớn vấu lồi hình thành bề mặt chi tiết (Arctn) khoảng cách từ đỉnh vấu lồi đến kích thước danh nghĩa, xác định theo công thức sau: (12) đó: Với m số phần chia chu vi đường kính chi tiết (giá trị m chọn phụ thuộc vào người viết chương trình mơ phỏng) Số vấu lồi hình thành bề mặt chi tiết xác định thơng qua mức độ ổn định hình học Gn Ứng với n=i mà Gi có giá trị nhỏ bề mặt chi tiết có dạng i vấu lồi Gn đại lượng không thứ nguyên, xác định thơng qua thơng số hình học hệ thống công nghệ theo công thức sau: (13) Trong nghiên cứu này, phương trình (1) đến (13) Krajnik cộng [14] sử dụng để xây dựng thuật tốn mơ q trình mài vơ tâm chạy dao hướng kính với sơ đồ khối Hình Với thuật tốn này, ngồi việc dự đốn thơng số Gn, xct, yct, Arct rct(θ) nghiên cứu Krajnik cộng dự đốn Δ bề mặt chi tiết Kết thảo luận Chương trình mơ viết ngơn ngữ Visual Basic Excel với thuật tốn Hình để dự đốn thơng số Gn, xct, yct, Arct, rct(θ) Δ Tuy nhiên, nghiên cứu trình bày qui luật ảnh hưởng thông số vdd, Sk, β đến Δ, sau so sánh với kết thí nghiệm Giá trị thơng số đầu vào chương trình mơ trình bày Bảng Việc xác định, lựa chọn giá trị thông số Bảng dựa theo sở sau: - Vì theo Krajnik cộng [14] hệ số Kdm, Kdd, Ktt, cdm, cdd, ctt, μdm, μdd, μtt hệ số thường gặp nhiều khó khăn xác định giá trị chúng Tuy nhiên hệ số ảnh hưởng khơng nhiều đến thơng số đầu chương trình mơ Do hệ số chọn theo tài liệu công bố sau: thông số Ki, ci chọn theo Krajnik cộng [14] 214 TẬP 11 SỐ 07 - 2017 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG Bảng Giá trị thông số đầu vào chương trình mơ Thơng số Giá trị Thông số Giá trị Kdm (N/m) 2,5.108 Tài liệu rdm (mm) 250 Kdd (N/m) 109 rdd (mm) 136,5 Ktt (N/m) 3,33.108 rct (mm) 15 [14] ctt (Ns/m) m (kg) 0,63 cdm (Ns/m) 1716 az (mm) 0,05 cdd (Ns/m) γ (o) 30 μdd vdd (m/min) 10,3 ÷ 53,2 dm 0,3 Sk (àm/s) ữ 21 tt 0,15 () 2,4 ÷ 14,4 [3,5,14] o Tài liệu Theo điều kiện gia công cụ thể [15,16] - Các hệ số μi chọn theo lời khuyên gia công tinh tài liệu [3,5,14]; Các thơng số lại chọn theo điều kiện gia công cụ thể nghiên cứu thực nghiệm công bố [15,16] Đây kết thực nghiệm dùng để so sánh với kết mơ trình bày báo này, thể Hình 3, Quan sát hình (3); (4) (5) cho thấy: - Qui luật ảnh hưởng vdd, Sk, β đến Δ mô phù hợp với thí nghiệm - Ứng với khoảng giá trị thơng số: β ≈ 6÷100, Sk ≈ 3÷20(μm/s) vdd ≈ 15÷40(m/min) Δ có giá trị nhỏ tương đối ổn định Hình Thuật tốn mơ q trình mài vơ tâm chạy dao hướng kính Hình Ảnh hưởng vdd đến Δ thí nghiệm [15] mơ Hình Ảnh hưởng Sk đến Δ thí nghiệm [16] mô Kết luận - Đã nghiên cứu bổ sung hồn thiện phương pháp mơ Krajnik cộng để xây dựng thuật toán chương trình mơ dự đốn qui luật ảnh hưởng thông số vdd, Sk, β đến Δ bề mặt chi tiết - Qui luật ảnh hưởng vdd, Sk, β đến Δ mô phù hợp với thực nghiệm Từ qui luật Hình Ảnh hưởng β đến Δ thí nghiệm [15] mô TẬP 11 SỐ 07 - 2017 215 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG cho phép xác định khoảng giá trị thông số vdd, Sk, β đảm bảo gia công bề mặt chi tiết có Δ nhỏ - Để kết mơ sát so với kết thí nghiệm (về trị số Δ), cần nghiên cứu đưa thêm vào chương trình mơ thơng số có ảnh hưởng đáng kể đến Δ như: độ xác ban đầu phôi, chế độ sửa đá mài, chế độ sửa đá dẫn, công nghệ trơn nguội,… Tài liệu tham khảo Lưu Văn Nhang (2003), Kỹ thuật Mài kim loại, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Văn Tính (1978), Kỹ thuật mài, Nxb Cơng nhân kỹ thuật, Hà Nội Marinescu L.D., Uhlmann E., Brian R.W (2006), Handbook of machining with grinding wheels, CRC Press Taylor & Francis Group Đỗ Đức Trung, Trần Minh Trường, Phạm Văn Đông, Nguyễn Xuân Đỉnh (2015), “Mối quan hệ lượng dịch chuyển bàn máy với số thơng số hình học hệ thống cơng nghệ mài vơ tâm chạy dao hướng kính”, Tạp chí Khoa học công nghệ Đại học Công nghiệp Hà Nội, 1(29):26-28 Dzebo S (2009), Investigation of methods to improve process performance in centerless grinding of inconel 718 and TI-6AL-4V superalloys, In Partial Fulfillment of the Reguiements for the Degree of Master of Science in the George W, Woodruff School of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology Rowe W.B., Barash M.M (1964), “Computer method for investigating the inherent accuracy of centerless grinding”, Int J Mach Tool Des Res, 1(4):91-116 Pande S.S., Naik A.R., Somasundaram S (1993), “Computer simulation of the plunge centerless grinding process”, Journal of Materials Processing Technology, 1(39):179-189 Subramanya Udupa N.G., Shubnmugam M.S., Radhakristinan V (1987), “Influence of workpiece position on roundness error and surface finish in centerless grinding”, Int I Mach Tools Manufact, 27(1): 77-89 Yonetsu S (1959), “Forming mechanism of cylindrical work in centerless grinding, Fujihara Memorial Faculty of Engineering”, Fujihara, 42(6):203-221 10 Wu Y., Syoji K., Kuriyagawa T., Tachibana T (1996), “Studies on Centerless Grinding (2nd Report) – Optimum Grinding Condition”, Journal of the Society for Precision Engineering, 62(3):433-437 11 Phan Bùi Khôi, Ngô Cường, Đỗ Đức Trung (2014), “Mô q trình mài vơ tâm chạy dao hướng kính”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học công nghệ Việt Nam, 52(5):617-624 12 Nakkeeran P.R., Radhakrishnan V (1990), “A Study on the effect of regulating wheel error on the roundness of workpiece in centerless grinding by computer simulation”, Int J Mach - Tools Manufact, 30(2):191-201 13 Đỗ Đức Trung, Nguyễn Quốc Tuấn, Phạm Văn Đông (2016), “Mô ảnh hưởng số thông số động - hình học q trình gia cơng đến độ khơng tròn chi tiết mài vơ tâm chạy dao hướng kính”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ - Đại học công nghiệp Hà Nội, 1(37):43-46 14 Krajnik P., Drazumeric R., Meyer B., Kopac J., Zeppenfeld C (2008), “Simulation of workpiece forming and centre displacement in plunge centreless grinding”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 1(48):824-831 15 Ngô Cường, Phan Bùi Khôi, Đỗ Đức Trung (2015), “Ảnh hưởng vận tốc đá dẫn góc cao tâm chi tiết đến độ nhám độ khơng tròn chi tiết mài vơ tâm chạy dao hướng kính”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, 1(86):1-4 16 Đỗ Đức Trung, Ngô Cường, Phan Bùi Khôi, Phan Thanh Chương, Nguyễn Thành Chung (2014), “Nghiên cứu ảnh hưởng lượng chạy dao đến chất lượng bề mặt gia công thép 20X thấm Các bon mài vô tâm chạy dao hướng kính”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ Đại học Thái Nguyên, 128(13):17-22 216 TẬP 11 SỐ 07 - 2017 ... Ktt độ cứng đàn hồi bề mặt đá mài, bề mặt đá dẫn bề mặt tỳ; cdm, cdd, ctt hệ số giảm chấn bề mặt đá mài, bề mặt đá dẫn bề mặt tỳ; μdm, μdd, μtt hệ số ma sát điểm tiếp xúc bề mặt chi tiết - bề mặt. .. chi tiết; thành phần lực tiếp tuyến bề mặt đá mài, bề mặt tỳ bề mặt đá dẫn điểm tiếp xúc với bề mặt chi tiết; αg góc hợp pháp tuyến chung bề mặt đá mài - bề mặt chi tiết pháp tuyến chung bề mặt. .. mặt tỳ - bề mặt chi tiết; βG góc hợp pháp tuyến chung bề mặt đá mài - bề mặt chi tiết pháp tuyến chung bề mặt TẬP 11 SỐ 07 - 2017 213 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG đá dẫn - bề mặt chi tiết; Kdm,