Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả của quá trình mài phẳng khi mài tinh

Mục đích của đề tài là nghiên cứu nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình mài phẳng khi mài tinh thông qua các thông số đường kính thay đá, chế độ bôi trơn làm mát, chế độ cắt và chế độ sửa đá. Từ đó lựa chọn được bộ thông số công nghệ hợp lý để giảm chi phí đồng thời nâng cao năng suất, chất lượng bề mặt gia công.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LƯU ANH TÙNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG KHI MÀI TINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN, NĂM 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 9.52.01.03 NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG KHI MÀI TINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS VŨ NGỌC PI GS TSKH BÀNH TIẾN LONG THÁI NGUYÊN, NĂM 2020 i CAM ĐOAN Tác giả luận án xin cam đoan: Những kết nghiên cứu trình bày luận án (trừ điểm trích dẫn) hồn tồn thân tự nghiên cứu, không chép từ hay nguồn Các vẽ, bảng biểu, kết đo đạc thí nghiệm kết tính tốn (trừ điểm trích dẫn) thực nghiêm túc, trung thực, không chỉnh sửa chép nguồn Nếu có điều sai trái, tác giả luận án xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 TM TẬP THỂ TÁC GIẢ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Lưu Anh Tùng PGS TS Vũ Ngọc Pi ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới PGS TS Vũ Ngọc Pi GS TSKH Bành Tiến Long, người thầy tận tình hướng dẫn động viên tơi nhiều năm tháng học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận án Tôi xin trân trọng cám ơn tập thể Bộ mơn Chế tạo máy, BCN Khoa Cơ khí, vị lãnh đạo Nhà Khoa học Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên quan tâm, giúp đỡ đóng góp ý kiến để tơi hồn thành luận án! Tôi xin chân thành cám ơn PGS TS Nguyễn Văn Dự TS Hồ ký Thanh góp ý chuyên môn, động viên hỗ trợ tài liệu giúp thực luận án này! Tôi xin bày tỏ biết ơn chân thành tới Doanh nghiệp Tư nhân Cơ khí Chính xác Thái Hà hỗ trợ máy móc nhân lực để giúp tơi tiến hành thí nghiệm cho nội dung nghiên cứu luận án! Tôi xin chân thành cám ơn Nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp bố, mẹ hai bên gia đình, đặc biệt vợ tơi Đỗ Thái Phượng Lưu Đỗ Minh Ngọc, Lưu Đức Quang quan tâm, động viên giúp vượt qua khó khăn q trình học tập hồn thành luận án này! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 TÁC GIẢ Lưu Anh Tùng iii MỤC LỤC CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xiii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Phương pháp phạm vi nghiên cứu 3.1 Phương pháp đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu đề tài: Ý nghĩa đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học 4.2 Ý nghĩa thực tiễn Các điểm (đóng góp mới) đề tài Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÀI PHẲNG 1.1 Đặc điểm sơ đồ mài phẳng 1.2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.2.1 Các nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt 1.2.2 Các nghiên cứu thông số công nghệ sửa đá mài 14 1.2.3 Các nghiên cứu chế độ bôi trơn làm mát mài 20 1.2.4 Các nghiên cứu xác định chi phí q trình mài phẳng 27 1.3 Định hướng nghiên cứu 31 Kết luận Chương 32 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM 33 2.1 Đặc trưng trình mài phẳng 33 2.1.1 Quá trình tạo phoi mài [14, 48] 33 2.1.2 Lưỡi cắt [4, 7, 48] 33 2.1.3 Chiều dài cung tiếp xúc [48, 62] 34 2.1.4 Chiều dày lớp cắt 35 2.1.5 Quá trình sửa đá [7, 34, 36] 35 2.1.5.1 Sửa đá 35 2.1.5.2 Dụng cụ sửa đá 36 iv 2.1.5.3 Topography đá [7, 34, 36] 37 2.1.6 Bôi trơn làm mát 38 2.1.6.1 Nhiệt cắt trình mài 38 2.1.6.2 Vai trò dung dịch trơn nguội 39 2.1.6.3 Phân loại dung dịch trơn nguội 40 2.1.6.4 Các phương pháp bôi trơn làm mát thường dùng mài 40 2.2 Một số tiêu đánh giá trình mài 41 2.2.1 Mòn tuổi bền đá mài 41 2.2.1.1 Mòn đá mài 41 2.2.1.2 Tuổi bền đá mài 42 2.2.2 Nhám bề mặt mài [4, 48] 44 2.2.3 Lực cắt mài [14] 45 2.2.4 Năng suất gia công [14] 46 2.2.5 Sóng bề mặt [62] 46 2.3 Mơ hình nâng cao hiệu q trình mài phẳng 46 2.3.1 Sơ đồ sở nghiên cứu nâng cao hiệu trình mài phẳng 47 2.3.2 Lựa chọn thông số đầu vào 47 2.3.3 Các giải pháp nâng cao hiệu trình mài phẳng 49 2.4 Xây dựng mơ hình hệ thống thí nghiệm lựa chọn thiết bị nghiên cứu 50 2.4.1 Yêu cầu chung hệ thống thí nghiệm 50 2.4.2 Sơ đồ kết nối thiết bị thí nghiệm 50 2.4.3 Lựa chọn thiết bị phơi thí nghiệm 51 2.4.3.1 Máy mài 51 2.4.3.2 Phơi thí nghiệm 52 2.4.3.3 Đá mài 53 2.4.3.4 Dụng cụ sửa đá 53 2.4.3.5 Dung dịch trơn nguội 53 2.4.3.6 Các dụng cụ đo kiểm 54 2.5 Phương pháp thiết kế thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm 55 2.5.1 Lựa chọn phương pháp 55 2.5.2 Các bước thực theo phương pháp Taguchi [45] 57 2.5.3 Các bước tối ưu hóa sử dụng phân tích quan hệ mờ (Grey Relational Analysis – GRA) [26] 58 Kết luận Chương 60 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ BÔI TRƠN LÀM MÁT, CHẾ ĐỘ CẮT VÀ CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ HỢP LÝ 61 v 3.1 Thực nghiệm xác định chế độ bôi trơn làm mát chế độ cắt hợp lý 61 3.1.1 Lựa chọn thông số điều kiện thí nghiệm 61 3.1.2 Xác định theo tiêu nhám bề mặt Ra 62 3.1.2.1 Mức độ ảnh hưởng thông số: 62 3.1.2.2 Xác định chế độ hợp lý 65 3.1.2.3 Tính tốn dự đốn 65 3.1.3 Xác định theo tiêu lực cắt pháp tuyến Fy 67 3.1.3.1 Xác định mức độ ảnh hưởng thông số 67 3.1.3.2 Xác định chế độ hợp lý 68 3.1.4 Bài toán đa mục tiêu nhám bề mặt lực cắt pháp tuyến nhỏ phân tích quan hệ mờ phương pháp Taguchi 69 3.2 Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ sửa đá hơp lý 73 3.2.1 Lựa chọn thông số điều kiện thí nghiệm 73 3.2.2 Xác định theo tiêu nhám bề mặt 74 3.2.2.1 Phân tích ảnh hưởng 74 3.2.2.2 Xác định thông số chế độ sửa đá hợp lý 77 3.2.2.3 Tính tốn dự đốn giá trị nhám bề mặt 78 3.2.3 Xác định theo tiêu lực cắt pháp tuyến 79 3.2.3.1 Phân tích ảnh hưởng 79 3.2.3.2 Xác định thông số sửa đá hợp lý 81 3.2.3.3 Tính tốn dự đoán giá trị Fy 82 3.2.4 Xác định theo tiêu tuổi bền đá mài Tw 83 3.2.4.1 Phân tích ảnh hưởng 83 3.2.4.2 Xác định thông số sửa đá hợp lý 85 3.2.4.3 Tính tốn dự đốn giá trị Tw 85 3.2.5 Xác định theo tiêu dung sai độ phẳng 87 3.2.5.1 Phân tích ảnh hưởng 87 3.2.5.2 Xác định thông số sửa đá hợp lý 88 3.2.5.3 Tính tốn dự đốn giá trị Fl 89 3.2.6 Xác định theo tiêu suất gia công 91 3.2.6.1 Phân tích ảnh hưởng 91 3.2.6.2 Xác định chế độ sửa đá hợp lý 92 3.2.6.3 Tính tốn dự đốn giá trị suất gia công MRR 93 3.2.7 Bài toán đa mục tiêu nhám bề mặt dung sai độ phẳng sửa đá 95 3.2.7.1 Thực phân tích trị số quan hệ mờ 96 vi 3.2.7.2 Xác định mức hợp lý thông số khảo sát nhằm đạt hai mục tiêu Ramin Flmin sửa đá 97 3.2.7.3 Tính tốn trị số quan hệ mờ trị số Ra Fl ứng với mức hợp lý thông số sửa đá 98 3.2.8 Bài toán đa mục tiêu nhằm bốn mục tiêu nhám bề mặt Ra, dung sai độ phẳng Fl, suất gia công MRR tuổi bền đá mài Tw sửa đá 99 3.2.8.1 Phân tích quan hệ số quan hệ mờ 100 3.2.8.2 Xác định mức trị số thông số sửa đá nhằm bốn mục tiêu Ramin, Flmin, MRRmax Twmax 101 3.2.8.3 Tính tốn trị số quan hệ mờ trị số Ra, Fl, MRR Tw ứng với mức hợp lý thông sửa đá 103 Kết luận Chương 106 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH THAY ĐÁ TỐI ƯU 108 4.1 Phân tích chi phí gia cơng mài phẳng 108 4.1.1 Xác định chi phí đá mài cho chi tiết gia công 108 4.1.2 Xác định thời gian gia công mài chi tiết tgc 110 4.2 Khảo sát ảnh hưởng số thơng số đến chi phí mài phẳng 110 4.3 Khảo sát ảnh hưởng số thơng số đến đường kính thay đá tối ưu 114 4.3.1 Xác định hàm mục tiêu xây dựng kế hoạch thực 114 4.3.2 Đánh giá ảnh hưởng thông số 116 4.3.2.1 Đánh giá ảnh hưởng thông số khảo sát đến De,op 116 4.3.2.2 Phân tích hồi quy - phương sai 118 4.4 Kiểm chứng mơ hình xác định đường kính thay đá tối ưu thực nghiệm 120 4.4.1 Điều kiện thực nghiệm 121 4.4.2 Cách thức tiến hành thí nghiệm 121 4.4.3 Kết thực nghiệm 122 4.5 Áp dụng mơ hình thay đá tối ưu với chế độ sửa đá chế độ trơn nguội tối ưu 125 Kết luận Chương 126 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 127 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO 129 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu ae,tot aed aedf aedr ACO ANOVA c1 c2 c3 C% Cđm Cmh Cđm,p Cp,t CI ct d Ds D0 De De,op DF DOE fd fd,t Fl Fy Fz GA GR HRC i Lc Lw LL Mp MRR Ý nghĩa Lượng dư mài Chiều sâu sửa đá tổng cộng Chiều sâu sửa đá tinh Chiều sâu sửa đá thơ Thuật tốn đàn kiến Phân tích phương sai Hệ số phụ thuộc vật liệu gia cơng Hệ số phụ thuộc vào đường kính đá mài Hệ số phụ thuộc vào thời gian làm việc liên tục máy mài Phần trăm ảnh hưởng Giá viên đá mài Chi phí máy Chi phí đá mài cho chi tiết Chi phí gia công chi tiết Khoảng phân bố Chi tiết Đường kính danh nghĩa hạt mài Đường kính đá mài Đường kính ban đầu viên đá mài cịn Đường kính viên đá mài thay Đường kính thay đá tối ưu Bậc tự Thiết kế thí nghiệm Lượng chạy dao đứng (chiều sâu cắt) Lượng chạy dao đứng tra bảng Dung sai độ phẳng Lực mài pháp tuyến Lực mài tiếp tuyến Thuaatj toans di truyền Thể tích đá mài bị tiêu hao Độ cứng Rockwell chi tiết gia cơng Số thí nghiệm Chiều dài mài tính tốn Chiều dài chi tiết Lưu lượng dung dịch trơn nguội Mật độ xếp phôi bàn máy mài Năng suất gia công Đơn vị mm mm mm mm VNĐ/viên VNĐ/h VNĐ VNĐ mm mm mm mm mm mm/HT mm/HT m N N mm3 HRC mm mm Lít/phút mm3/s viii n nCT,d nCT,w nf nr nnon N NRa Nt ND OA QP S Sd SS SSB SSe SST SS’B S/N tc tcw tcw,p td td,p tgc tlu tsp Tw VB Wc Wgw Wpd Ww    Số vòng quay trục đá mài Số chi tiết mài sau lần sửa đá Số chi tiết mà viên đá mài Số lần sửa đá tinh Số lần sửa đá thô Số lần sửa đá chạy không ăn dao Tổng số thí nghiệm Cấp độ nhám bề mặt Số chi tiết mài lần gá đặt Nồng độ dung dịch trơn nguội Ma trận trực giao Phương pháp lập trình bậc hai Lượng chạy dao dọc sửa đá Lượng chạy dao dọc Tổng bình phương Tổng bình phương thơng số B Tổng bình phương lỗi Tổng bình phương Phương sai tổng biến B tính tốn lại Tỉ số tín hiệu nhiễu Thời gian cắt mài Thời gian thay viên đá Thời gian thay đá cho chi tiết gia công Thời gian sửa đá viên đá mài Thời gian sửa đá cho chi tiết gia công Thời gian gia công mài chi tiết Thời gian gá đặt tháo chi tiết Thời gian mài hết hoa lửa Tuổi bền đá mài Vận tốc bàn Chiều rộng mài tính tốn Chiều rộng đá mài Lượng mòn đá mài sau lần sửa đá Chiều rộng chi tiết Dung sai yêu cầu trình mài Độ quan hệ mờ Hệ số phân biệt Vòng/phút Lần Lần Lần % m/phút mm/HT h h h h h h h h h m/phút mm mm mm mm mm ... lựa chọn đề tài ? ?Nghiên cứu nâng cao hiệu trình mài phẳng mài tinh? ?? cho luận án Mục đích đề tài Mục đích đề tài nghiên cứu nâng cao hiệu kinh tế - kỹ thuật trình mài phẳng mài tinh thông qua thông... NGUYÊN ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 9.52.01.03 NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG KHI MÀI TINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI... Các nghiên cứu thông số công nghệ sửa đá mài 14 1.2.3 Các nghiên cứu chế độ bôi trơn làm mát mài 20 1.2.4 Các nghiên cứu xác định chi phí q trình mài phẳng 27 1.3 Định hướng nghiên cứu