Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết này trình nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt khi mài tròn ngoài thép SKD11 bằng đá mài Hải Dương theo chỉ tiêu nhám bề mặt (Ra). Sử dụng ma trận thực nghiệm dạng Box-Behken với 15 điểm thí nghiệm để xác định giá trị tối ưu của các thông số vận tốc chi tiết (Vct ), chiều sâu cắt (t) và lượng chạy dao dọc (Sd).
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Tối ưu hóa chế độ cắt mài trịn ngồi thép SKD11 theo tiêu nhám bề mặt Optimization of cutting parameters for minimum the surface roughness when grinding SKD11 steel on cylindrical grinder Trần Quốc Hùng*, Dương Văn Đức, Nguyễn Hoài Sơn Khoa Cơ khí, Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội * Email: tranquochung.tn@gmail.com Mobile: 0972142864 Tóm tắt Từ khóa: Chế độ cắt; Nhám bề mặt; Thép SKD11; Tối ưu hóa, Bài báo trình nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt mài trịn ngồi thép SKD11 đá mài Hải Dương theo tiêu nhám bề mặt ( ) Sử dụng ma trận thực nghiệm dạng Box-Behken với 15 điểm thí nghiệm để xác định giá trị tối ưu thông số vận tốc chi tiết ( ), chiều sâu cắt ( ) lượng chạy dao dọc ( ) Kết xác định , , có giá trị tương ứng giá trị tối ưu thông số 26 , 0,09( ) 2( / ) Ứng với giá trị thống số chế độ cắt, nhám bề mặt đạt giá trị = 0,4732 ( ) Abstract Keywords: Cutting parameters, roughness; SKD11 Optimization Surface steel; This paper presents the research on the optimization of cutting parameters for minimum surface roughness of SKD11 steel on cylindrical grinder using Hai Duong grinding wheel We used BoxBehken matrix with 15 runs for selecting optimization value of velocity of workpiece( ), depth of cut ( )and feed rate ( ) The results showed that optimization value of , , are 26 , 0.09( ) ) and 2( / ) respectively and = 0.4732( Ngày nhận bài: 15/8/2018 Ngày nhận sửa: 05/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 GIỚI THIỆU Trong gia cơng khí, mài trịn ngồi phương pháp sử dụng phổ biến, thường sử dụng để gia công tinh bề mặt quan trọng [1, 2] Chất lượng bề mặt mài trịn ngồi đánh giá qua nhiều thơng số như: độ nhám, ứng suất dư lớp bề mặt, độ cứng tế vi lớp bề mặt, Trong đó, nhám bề mặt yếu tố có ảnh hưởng nhiều đến khả làm việc chi tiết máy thường sử dụng tiêu đánh giá chất lượng vật mài [1, 2] Thép SKD11 loại vật sử dụng rộng rãi chế tạo máy để chế tạo khuôn dập, dao cắt,…nhờ ưu điểm trội: độ cứng cao, độ chống mài mòn cao, ứng suất thấp… [3] Nghiên cứu mài tinh thép SKD11 thực số nghiên cứu: Ảnh hưởng HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 chế độ cắt đến lực cắt mài đá mài gián đoạn (đá mài không liên tục) [4]; Nghiên cứu lực cắt, nhám bề mặt chiều dày phoi mài sử dụng công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu [5]; Ảnh hưởng chế độ cắt đến độ cứng lớp bề mặt mài đá CBN [6, 7]; Ảnh hưởng chế độ cắt đến nhám bề mặt mài đá CBN [8]; Đánh giá khả cắt gọt đá mài CBN liên kết kim loại phương pháp mạ điện chế tạo Việt Nam [9];… Trong báo này, tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định giá trị tối ưu hóa thơng số chế độ cắt , , nhằm đảm bảo nhám bề mặt có giá trị nhỏ mài thép SKD11 máy mài trịn ngồi đá mài Hải Dương HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM - Máy thí nghiệm: Sử dụng máy mài trịn ngồi Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội có ký hiệu MEG - 1120, Hãng sản xuất: MAGNUM CUT (Hình 1) Hình Máy mài trịn ngồi MEG – 1120 Hình Máy đo độ nhám SJ301 - Đá mài có ký hiệu Cn60MV1x400x50x203mmx30m/s - Vật liệu thí nghiệm loại thép SKD11 Trước thí nghiệm, mẫu gia công qua bước tiện - nhiệt luyện đạt độ cứng 48 ÷ 50HRC - mài bán tinh giống thực tế sản xuất, mẫu thí nghiệm có đường kính 27 Thành phần hóa học số nguyên tố thép SKD11 sau nhiệt luyện trình bày bảng - Thiết bị đo: Máy đo độ nhám SJ301của hãng Mitutoyo - Nhật Bản (hình 2) - Dung dịch trơn nguội: Dung dịch Emusil 10%, phương pháp tưới tràn, lưu lượng 25 lít/phút - Dụng cụ sửa đá: Đầu sửa đá loại đa điểm có ký hiệu 3908-0088C (Liên Xơ) Bảng Thành phần hóa học số ngun tố thép SKD11 Nguyên tố % C 1,5 Mn 0,3 Si 0,25 Cr 11,5 Va 0,25 Mo 0,3 Ni 0,35 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 QUI HOẠCH THỰC NGHIỆM Thí nghiệm tiến hành theo ma trận dạng Box-Behnken, dạng qui hoạch thực nghiệm sử dụng phổ biến thí nghiệm tối ưu hóa [10] Giá trị thông số đầu vào lựa chọn phù hợp cho điều kiện mài tinh loại vật liệu có độ cứng cao phù hợp với khả cơng nghệ máy thí nghiệm Giá trị mức mã hóa biến thí nghiệm thể bảng Bảng Giá trị mức mã hóa biến thí nghiệm Thơng số Mức -1 18 0,005 Đơn vị Vận tốc chi tiết ( ) Chiều sâu cắt ( ) Lượng chạy dao dọc ( ) m/ph mm mm/vg Giá trị mức mã hóa Mức sở Mức 22 26 0,015 0,025 Ma trận thí nghiệm dạng Box-Behnken cho biến thí nghiệm ( thông số lập phần mềm Minitab 16 bảng Bảng Ma trận thí nghiệm ) dạng mã hóa Bảng Kết thí nghiệm Giá trị mã hóa TT , , ( TT -1 -1 2,80 -1 -1 -1 1,11 -1 -1 1,27 -1 1 0,66 1 -1 -1 1,96 -1 -1 -1 0,88 -1 -1 0,49 -1 1 1,12 1 -1 -1 2,41 -1 -1 10 -1 0,66 10 -1 11 -1 0,47 11 -1 12 1 1,61 12 1 13 0 1,23 13 0 14 0 0,96 14 0 15 0 0,99 15 0 ) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Tiến hành thí nghiệm mài thép SKD11 theo thứ tự bảng Tại điểm thí nghiệm tiến hành mài mẫu, với mẫu tiến hành đo độ nhám lần Giá trị độ nhám điểm thí nghiệm giá trị trung bình lần đo liên tiếp, thể bảng HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Từ kết bảng 4, sử dụng phần mềm Minitab 16 để xử lý số liệu, kết phân tích mơ hình hồi qui bảng Bảng Kết phân tích mơ hình hồi qui Từ kết phân tích bảng 5, quan sát giá trị cột P cho thấy: - Trong thống số chế độ cắt: Vct, t, Sd giá trị P Sd nhỏ (0,000) sau đến giá trị P Vct (0,004) cuối giá trị P t cao (0,349) vậy, lượng chạy dao có ảnh hưởng lớn đến , đến mức độ ảnh hưởng vận tốc chi tiết , cuối đến ảnh hưởng chiều sâu cắt - Tương tự, xét ảnh hưởng tương tác thông số đến : tương tác vận tốc chi tiết lượng chạy dao ( ∗ ) có ảnh hưởng lớn nhất, đến mức độ ảnh hưởng ∗ , ∗ Biểu đồ thể ảnh hưởng tương tác thơng số đến (hình 3, hình 4, hình 5) làm sáng tỏ nhận định Hình Ảnh hưởng tương tác v t đến R Hình Ảnh hưởng tương tác v S đến R HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình Ảnh hưởng tương tác t S đến R Mặc dù chiều sâu cắt thông số , , , ∗ ảnh hưởng không nhiều đến (vì có giá trị tương ứng cột P bảng lớn mức ý nghĩa = 0,05) Tuy nhiên theo Phạm Văn Lang Bạch Quốc Khang [12] ta không nên loại thông số khỏi mơ hình hồi qui, loại thơng số khỏi mơ hình hồi qui làm yếu độ tương thích mơ hình cho dù có tính lại hệ số phương trình hồi qui Căn vào giá trị hệ số hồi quy phần mềm đưa cột (Coef) bảng cho hệ số tự hệ số thơng số đầu vào, ta có phương trình (1) thể mối quan hệ với thông số , , = 1,00583 + 0,27063 + 0,11865 + 0,09365 + 0,05938 + 0,58438 + 0,23626 + 0,37126 + 0,10115 + 0,15376 (1) TỐI ƯU HĨA Tối ưu hóa q chế độ cắt mài thép SKD11 theo tiêu nhám bề mặt thực cở sở mối quan hệ với thông số , (công thức 1) Việc giải tốn tối ưu hóa gia cơng cắt gọt thực nhiều nghiên cứu, sử dụng nhiều thuật toán khác nhau: thuật toán Nead-Mead, thuật toán di truyền (GA - Genetic Algorithm), thuật toán bầy đàn (PSO - Particle Swarm Optimization),… Trong nghiên cứu thuật toán giảm gradient tổng quát (GRG - Generalized Reduced Gradient) sử dụng Sử dụng thuật toán GRG có ưu điểm khơng phải lập trình GRG tích hợp Excel office [11] Bài tốn tối ưu hóa dạng mã hóa thơng số đầu vào viết sau: = ( −1 ≤ , , )→ , , ≤1 >0 (2) Sử dụng thuật toán GRG để giải toán (2) thu giá trị tối ưu dạng mã hóa thơng số , , có giá trị tương ứng 1,0000; -0,5960 -1,0000 Giá trị thực thơng số , , có giá trị tương ứng 26( / ℎ), 0,09( ) 2( / ) Khi nhám bề mặt có giá trị = 0,4732( ) HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 KẾT LUẬN Thí nghiệm tối ưu hóa q trình mài tinh thép SKD11 đá mài Hải Dương thực nghiên cứu Kết nghiên cứu xác định giá trị tối ưu thơng số chế độ cắt , , có giá trị tương ứng 26 , 0,09( ) 2( / ) Ứng với giá trị thông số , , , nhám bề mặt có giá trị = 0,4732( ) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Marinescu Loan D., Eckart Uhlm`ann and Brian Rowe W.,(2006), Handbook of machining with grinding wheels, CRC Press Taylor & Francis Group [2] Stephen Malkin, Changsheng Guo, (2008), Grinding technology - theory and applications of machining with abrasives – Second editor, Industrial Press, New Yourk, 2008 [3] Ashton Acton Q., (2012), Advances in Nanotechnology Research and Application, Scholarly Editions, Atlanta, Georgia [4] Nguyen Thi Phuong, Nguyen Thi Phuong Giang, Nguyen Tien Dong, (2017), A research on the effect of cutting parameters on cutting force in flat grinding using segmented grinding wheel, Vietnam Journal of Science and Technology 55 (6), pp 793-802 [5] Bobby O P Soepangkat, H C Kis Agustin, and H Subiyanto, (2017), An investigation of force, surface roughness and chip in surface grinding of SKD 11 tool steel using minimum quantity lubrication-MQL technique, American Institute of Physics, pp.1-7 [6] Ming WW, Liu G, Chen M, (2007), Experimental study on the hardened surface layer of grinding SKD-11 hardened steel, Key Eng Mater 359–360:224–228 [7] Ming WW, Liu G, Chen M (2007), Study on surface grind-hardening of SKD-11 hardened steel Int J Manuf Tech Manag 12(1/2/3), pp 236-242 [8] Chih Hsiang Chang, Jhy Cherng Tsai, Neng Hsin Chiu, Rei Yu Chein, (2010), Modeling Surface Roughness and Hardness of Grinding SKD11 Steel Using Adaptive Network Based Fuzzy Inference, Advanced Materials Research, vol 126, pp 171-176 [9] Trần Thị Vân Nga, (2017), Nghiên cứu chế tạo đánh giá khả cắt gọt đá mài CBN liên kết kim loại phương pháp mạ điện, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Giao thông vận tải [10] Nguyễn Văn Dự, Nguyễn Đăng Bình (2011), Qui hoạch thực nghiệm kỹ thuật, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [11] Phạm Thành Long, Nguyễn Thị Hồng Cẩm, Nguyễn Thành Chung (2012), Ứng dụng phương pháp giảm Gradient tổng quát (GRG) khảo sát động học robot song song, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 10, tr 47-52 [12] Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998), Cơ sở lý thuyết qui hoạch thực nghiệm Ứng dụng kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội ... + 0,15376 (1) TỐI ƯU HĨA Tối ưu hóa q chế độ cắt mài thép SKD11 theo tiêu nhám bề mặt thực cở sở mối quan hệ với thông số , (công thức 1) Việc giải tốn tối ưu hóa gia cơng cắt gọt thực nhiều... giá trị tối ưu hóa thơng số chế độ cắt , , nhằm đảm bảo nhám bề mặt có giá trị nhỏ mài thép SKD11 máy mài tròn ngồi đá mài Hải Dương HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM - Máy thí nghiệm: Sử dụng máy mài trịn... hưởng chế độ cắt đến độ cứng lớp bề mặt mài đá CBN [6, 7]; Ảnh hưởng chế độ cắt đến nhám bề mặt mài đá CBN [8]; Đánh giá khả cắt gọt đá mài CBN liên kết kim loại phương pháp mạ điện chế tạo Việt