Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến độ nhám bề mặt và chi phí năng lượng riêng khi tiện mặt đầu trên máy tiện CNC NEF 400

i LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hoàn thành luận văn cho phép tơi đƣợc bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới Thầy giáo hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Dƣơng Văn Tài, ngƣời tận tình bảo giúp đỡ cho nhiều suốt thời gian làm luận văn hoàn thành luận văn Trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trƣờng, phịng sau Đại học, khoa Cơ điện Cơng trình trƣờng Đại học Lâm nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành nhiệm vụ học tập nghiên cứu Trân trọng cảm ơn Nhà khoa học, bạn đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến q báu suốt q trình làm hồn chỉnh luận văn Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu, kết luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Đồng Nai, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Chu Thị Xuân Hòa ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan tiện 1.1.1 Khái quát tiện 1.1.2 Các dạng dao tiện chủ yếu 1.2 Tổng quan chƣơng trình lập trình NC 1.3 Tình hình sử dụng nghiên cứu máy tiện giới 10 1.4 Tình hình sử dụng nghiên cứu máy tiện Việt Nam 16 1.5 Những vấn đề tồn cần nghiên cứu giải 20 Chƣơng 2: MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 22 2.2 Nội dung nghiên cứu 22 2.2.1.Nghiên cứu lý thuyết 22 2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm 22 2.3 Đối tƣợng nghiên cứu .22 2.3.1 Cấu tạo thông số kỹ thuật máy tiện CNC NEF 400 .22 2.3.2 Thông số kỹ thuật máy tiện CNC NEF 400 .23 2.3.3 Dao tiện 24 2.3.4 Đối tƣợng gia công 28 iii 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 28 2.4.1 Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết 28 2.4.2 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 28 Chƣơng 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 35 3.1 Cơ sở lý thuyết lực tác dụng phần tử cắt lên phôi .35 3.2 Cơ sở lý thuyết trình tiện .37 3.2.1 Các yếu tố chế độ cắt 37 3.2.2 Chiều dày, bề rộng tiết diện lớp cắt 38 3.2.3 Lực cắt thành phần lực cắt tiện 39 3.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến lực cắt 42 3.3.1 Ảnh hƣởng bề rộng chiều sâu cắt đến lực cắt PZ 42 3.3.2 Ảnh hƣởng chiều sâu cắt lƣợng chạy dao đến lực cắt 43 3.3.3 Ảnh hƣởng vật liệu gia công đến lực cắt 44 3.3.4 Ảnh hƣởng vật liệu dao tới lực cắt 45 3.3.5 Ảnh hƣởng tốc độ cắt đến lực cắt .45 3.3.6 Ảnh hƣởng thơng số hình học dao đến lực cắt 47 c) Ảnh hƣởng góc nghiêng φ đến lực cắt 49 3.4 Xác định chế độ hợp lý trình tiện CNC .52 3.4.1 Xác định tốc độ cắt 52 3.4.2 Chọn chiều sâu cắt t 53 3.4.3 Tính lƣợng chạy dao S 53 3.4.4 Kiểm nghiệm công suất máy 55 3.4.5 Tính thời gian máy 55 Chƣơng 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ SỬ DỤNG HỢP LÝ KHI TIỆN MẶT ĐẦU .57 4.1 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 57 4.1.1 Chọn phƣơng pháp nghiên cứu .57 4.1.2 Chọn hàm mục tiêu nghiên cứu 57 4.1.3 Chọn tham số ảnh hƣởng đến hàm mục tiêu 59 iv 4.2 Phƣơng pháp xác định hàm mục tiêu 60 4.2.1 Phƣơng pháp xác định chi phí điện riêng .60 4.2.2 Phƣơng pháp xác định độ nhám bề mặt gia công 61 4.3 Thiết bị thí nghiệm dụng cụ đo .62 4.3.1 Thiết bị thí nghiệm 62 4.3.2 Dụng cụ đo 62 4.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu thí nghiệm .63 4.4.1 Kiểm tra số liệu thí nghiệm xác định số lần lặp lại tối thiểu 63 4.4.2 Phƣơng pháp xử lý kết thí nghiệm 64 4.5 Kết thí nghiệm đơn yếu tố 64 4.5.1 Kết thí nghiệm ảnh hƣởng vận tốc cắt đến hàm mục tiêu 64 4.5.2 Kết thí nghiệm ảnh hƣởng lƣợng chạy dao đến hàm mục tiêu 67 4.5.3 Kết thí nghiệm ảnh hƣởng chiều sâu cắt đến hàm tƣơng quan 69 4.6 Kết thực nghiệm đa yếu tố 72 4.6.1 Chọn vùng nghiên cứu giá trị biến thiên thông số đầu vào 72 4.6.2 Xây dựng ma trận thực nghiệm .73 4.6.3 Kết thí nghiệm đa yếu tố 73 4.7 Xác định giá trị tối ƣu tham số ảnh hƣởng 76 4.7.1 Lựa chọn phƣơng pháp giải toán tối ƣu 76 4.7.2 Xác định giá thông số sử dụng hợp lý máy tiện CNC NEF- 400 .76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 Kết luận 79 Kiến nghị .79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 v DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên Đơn vị Nr Chi phí lƣợng riêng kWh/m2 Nđ Cơng suất chi phí động kW T Thời gian làm việc để thực đƣợc khối lƣợng công việc M giây M Khối lƣợng công việc thực thời gian T m3 Nc Công suất máy kW m Hiệu suất máy Kt Hệ số tải cho phép Pz Lực tiếp tuyến N Py Lực hƣớng kính N Px Lực chạy dao N Vz Tốc độ cắt vòng/ph Vx Tốc độ chạy dao m/p Cp Hệ số phụ thuộc tính chất vật liệu gia công Cv Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia cơng Ra Sai lệch trung bình số học profin (độ nhám bề mặt gia công) Rz Chiều cao nhấp nhơ trung bình profin v Tốc độ cắt vịng/ph S Lƣợng ăn dao mm/phút t Chiều sâu cắt mm hz Mức độ mòn mặt sau dao cắt  Góc nghiêng Độ 1 Góc nghiêng phụ Độ m vi  Góc mũi dao Độ  Góc trƣớc Độ  Góc sau Độ  Góc cắt Độ  Góc sắc Độ c Số lƣợng nhóm K Khoảng chia nhóm a Số tổ đƣợc chia n Số lần thí nghiệm xmax, Trị số thu nhập lớn nhất, bé đại lƣợng nghiên cứu St Sai tiêu chuẩn S% Hệ số biến động R Phạm vi biến động Sk Độ lệch Ex Độ nhọn L Số tổ hợp M Số lần lặp % Sai số tƣơng đối Ῡ Giá trị trung bình đại lƣợng nghiên cứu Gtt Tính đồng theo tiêu chuẩn Kohren S2max Phƣơng sai lớn N thí nghiệm F Giá trị tính tốn theo tiêu chuẩn Fisher N Tổng số thí nghiệm e Khoảng biến thiên R Hệ số đơn định T Giá trị chuẩn Student vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 4.1: Kết thí nghiệm ảnh hƣởng vận tốc cắt đến hàm mục tiêu 65 Bảng 4.2: Kết thí nghiệm ảnh hƣởng lƣợng chạy dao đến hàm mục tiêu 67 Bảng 4.3: Kết thí nghiệm ảnh hƣởng chiều sâu cắt đến hàm mục tiêu 70 Bảng 4.4 Mức thí nghiệm thơng số đầu vào 73 Bảng 4.5: Bảng ma trận thí nghiệm Boks - Benken thơng số đầu vào .73 Bảng 4.6 Kết thí nghiệm tiện mặt đầu theo chế độ tối ƣu 77 viii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các loại dao tiện ngồi Hình 1.2: Dao tiện lỗ Hình 1.3 Dao tiện vai Hình 1.4 Dao tiện mặt phẳng đầu (dao xén mặt đầu) Hình 1.5 Dao tiện rãnh cắt đứt Hình 1.6 Dao tiện ren Hình 1.7 Các loại dao tiện định hình Hình 1.8 Kẹp chặt dao tiện định hình Hình 2.1: Máy tiện CNC NEF 400 23 Hình 2.2: Thơng số hình học dao tiện 25 Hình 2.3 Góc nghiêng λ lƣỡi cắt 27 Hình 3.1 Sơ đồ tác dụng lực cắt tự 35 Hình 3.2 Các yếu tố lớp cắt tiện 37 Hình 3.3 Sơ đồ tính chiều sâu cắt lƣợng chạy dao 38 Hình 3.4 Hình dạng tiết diện ngang lớp cắt gia công dao có góc nghiêng φ khác .39 Hình 3.5: Sơ đồ lực tác dụng lên lƣỡi cắt dao tiện .40 Hình 3.6 Sơ đồ thành phần lực cắt tiện 41 Hình 3.7 Quan hệ chiều sâu cắt thành phần lực cắt 44 Hình 3.8 Ảnh hƣởng lƣợng chạy dao S đến thành phần lực cắt 44 Hình 3.9 Ảnh hƣởng vật liệu dao tới lực cắt .45 Hình 3.10 Lực cắt PZ phụ thuộc vào tốc độ cắt v góc trƣớc γ gia cơng thép 40X với chiếu dày cắt a = 0,2 mm bề rộng cắt b = 4mm .46 Hình 3.11 Lực cắt PZ phụ thuộc vào v gia cơng gang 47 Hình 3.12 Chiều dài đoạn tiếp xúc dao chi tiết theo mặt sau .47 Hình 3.13 Ảnh hƣởng góc trƣớc  đến thành phần lực cắt 48 Hình 3.14 Ảnh hƣởng góc  đến Pz 49 Hình 3.15 Ảnh hƣởng góc nghiêng λ đến lực cắt PZ, PY, PX 50 ix Hình 3.16 Ảnh hƣởng vật liệu dao đến lực cắt 51 Hình 3.17 Ảnh hƣởng góc trƣớc  góc sau  đến tốc độ cắt tiện 52 Hình 3.18 Hệ số K phụ thuộc vào cách gá đặt chi tiết .54 Hình 3.19 Đƣờng dao tiện .56 Hình 4.1: Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi 58 Hình 4.2 Thiết bị đo Fluke nối máy tính 62 Hình 4.3: Máy đo nhám TR 200 .63 Hình 4.4: Q trình thí nghiệm đơn yếu tố .65 Hình 4.5 Ảnh hƣởng vận tốc cắt đến chi phí lƣợng riêng 66 Hình 4.6 Ảnh hƣởng vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt 67 Hình 4.7 Ảnh hƣởng lƣợng chạy dao đến chi phí điện riêng 68 Hình 4.8 Ảnh hƣởng lƣợng chạy dao đến độ nhám bề mặt .69 Hình 4.9 Ảnh hƣởng chiều sâu cắt đến chi phí điện riêng .71 Hình 4.10 Ảnh hƣởng chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt 71 Hình 4.11: Q trình thí nghiệm đa yếu tố .74 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Chế tạo máy ngành công nghiệp quan trọng đất nƣớc, giá trị ngành công nghiệp chế tạo máy Việt Nam năm 2016 ƣớc đạt 30 tỷ USD, đóng góp quan trọng cho phát triển số ngành kinh tế quan trọng đất nƣớc nhƣ ngành cơng nghiệp điện, cơng nghiệp dầu khí, cơng nghiệp khai thác khoáng sản Nghị đại hội lần thứ 11 Đảng nêu: phấn đấu đến năm 2020 đƣa nƣớc ta trở thành nƣớc công nghiệp theo hƣớng đại Để thực đƣợc nhiệm vụ Nhà nƣớc có nhiều sách khuyến kích doanh nghiệp đầu tƣ xây dựng nhà máy chế tạo máy, để chế tạo sản phẩm máy thiết bị có chất lƣợng cao đáp ứng nhu cầu nƣớc xuất Tiện phƣơng pháp gia công kim loại cắt gọt phổ biến ngành khí chế tạo máy Trong nhà máy khí, máy tiện chiếm số lƣợng lớn nhất, khoảng 30% đến 40% Hiện Việt Nam nhiều doanh nghiệp đầu tƣ máy CNC để phục vụ cho công nghệ chế tạo máy nhƣ máy tiện CNC NEF 400; máy tiện CNC MDG 650, máy tiện CNC FANUC Các máy chủ yếu đƣợc sản xuất nƣớc nhập vào Việt Nam để thực số nguyên công chế tạo máy Ở Việt Nam việc nghiên cứu chế độ sử dụng hợp lý cho đối tƣợng vật liệu gia công cho loại nguyên công chƣa đƣợc quan tâm, chƣa có nhiều cơng trình, tài liệu đƣợc công bố để khuyến cáo đơn vị sử dụng máy công cụ thực nhằm mang lại suất chất lƣợng giảm chi phí tiêu thụ điện góp phần nâng cao hiệu kinh tế sản xuất chế tạo máy Máy tiện CNC NEF 400 đƣợc sử dụng phổ biến dây chuyền chế tạo máy, công dụng chủ yếu tiện trục, tiện bạc, tiện mặt bích, tiện ren, tiện ngồi ngun công khác nhau, loại vật liệu khác có chế độ tiện khác Việc xác định chế độ tiện cho suất cao, chất lƣợng đáp ứng yêu cầu chi phí lƣợng riêng nhỏ cần thiết có cơng trình nghiên cứu 69 b) Ảnh hưởng lượng chạy dao (S) đến độ nhám bề mặt Từ kết thí nghiệm bảng 4.2, sử dụng phần mền lập tƣơng quan hàm số thực nghiệm OPT, sau xử lý ta đƣợc kết nhƣ sau: - Mơ hình hồi qui: Ra2 = 7.056 -10.200S+ 4.452S2 Giá trị tính tốn tiêu chuẩn Kokhren theo (2.2): Gtt = 0,51, (4.12) Giá trị tính tốn tiêu chuẩn Fisher theo (2.5): Ftt = 2,59 -Tƣơng tự nhƣ phần kiểm tra tính đồng phƣơng sai thí nghiệm Gtt = 0,41 < Gb =0,78 Phƣơng sai thí nghiệm coi đồng Kiểm tra tính tƣơng thích mơ hình Ftt < Fb, mơ hình (4.12) coi tƣơng thích - Từ kết thu đƣợc ta vẽ đồ thị tƣơng quan độ nhám bề mặt lƣợng Độ nhám bề mặt gia công (Ra) chạy dao hình 4.8 2.5 1.5 0.5 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 Lƣợng chạy dao (mm/vịng) Hình 4.8 Ảnh hƣởng lƣợng chạy dao đến độ nhám bề mặt 4.5.3 Kết thí nghiệm ảnh hưởng chiều sâu cắt đến hàm tương quan Thí nghiệm đƣợc thực nhƣ sau: Thay đổi chiều sâu cắt t 1= 1mm; t2= 1,2mm; t3= 1,4mm; t4= 1,6mm; t5= 1,8mm, vận tốc cắt lấy giá trị v= 800 vòng/phút, lƣợng chạy dao lấy cố định S= 0,14mm/vịng Kết thí nghiệm xử lý số liệu ghi phần phụ lục 04, sử dụng phần mềm chƣơng trình xử lý số liệu qui hoạch thực nghiệm nhận đƣợc kết bảng 4.3 70 Bảng 4.3: Kết thí nghiệm ảnh hƣởng chiều sâu cắt đến hàm mục tiêu Lần (t) U STT TN mm (V) 1 422 422 422 1.2 422 1.2 422 1.2 422 1.4 422 1.4 422 3 1.4 422 1.6 422 1.6 422 1.6 422 1.8 422 1.8 422 1.8 422 I0 I1 Nt T F (A) (A) Cosϕ (W) (s) (cm2) 3.76 4.84 0.44 347.34 20 21.23 3.76 4.82 0.41 317.66 20 21.23 3.76 4.84 0.41 323.65 20 21.23 3.79 5.45 0.42 509.60 20 21.23 3.79 5.45 0.43 521.73 20 21.23 3.71 5.45 0.46 585.03 20 21.23 3.71 5.55 0.44 591.08 20 21.23 3.76 5.55 0.42 548.07 20 21.23 3.76 5.55 0.44 572.08 20 21.23 3.76 5.88 0.44 681.81 20 21.23 3.79 5.88 0.42 641.61 20 21.23 3.79 5.88 0.46 702.71 20 21.23 3.71 6.05 0.45 769.66 20 21.23 3.71 6.07 0.44 758.99 20 21.23 3.81 6.05 0.46 753.15 20 21.23 Nr Ra (Wh/cm2) (mm) 327.27 1.03 299.31 1.04 304.95 1.02 480.16 1.95 491.59 1.97 551.23 1.92 556.93 1.01 516.40 1.02 539.03 1.03 642.41 2.08 604.54 2.04 662.11 2.06 725.20 3.23 715.14 3.28 709.63 3.21 a) Ảnh hưởng chiều sâu cắt (t) đến chi phí điện riêng Từ kết thí nghiệm bảng 4.3, sử dụng phần mền lập tƣơng quan hàm số thực nghiệm OPT, sau xử lý ta đƣợc kết nhƣ sau: - Mơ hình hồi qui: Nr3 = 2895.314-3597.667t+1278.571t2 (4.13) Giá trị tính tốn tiêu chuẩn Kokhren theo (2.2): Gtt = 0,43, Giá trị tính tốn tiêu chuẩn Fisher theo (2.5): Ftt = 2,83 -Tƣơng tự nhƣ phần kiểm tra tính đồng phƣơng sai thí nghiệm Gtt = 0,43 < Gb =0,78 Phƣơng sai thí nghiệm coi đồng Kiểm tra tính tƣơng thích mơ hình Ftt < Fb, mơ hình (4.13) coi tƣơng thích - Từ kết thu đƣợc ta vẽ đồ thị tƣơng quan chi phí điện riêng chiều sâu cắt hình 4.9 Chi phí điệng măng riêng (Wh/cm2) 71 750 650 550 450 350 250 1.2 1.4 1.6 1.8 Chiều sâu cắt (mm) Hình 4.9 Ảnh hƣởng chiều sâu cắt đến chi phí điện riêng b) Ảnh hưởng chiều sâu cắt( t) đến độ nhám bề mặt Từ kết thí nghiệm bảng 4.3, sử dụng phần mền lập tƣơng quan hàm số thực nghiệm OPT, sau xử lý ta đƣợc kết nhƣ sau: - Mơ hình hồi qui: Ra3 = 2.302 - 1.022t + 0.244t2 (4.14) Giá trị tính tốn tiêu chuẩn Kokhren theo (2.2): Gtt = 0,44, Giá trị tính toán tiêu chuẩn Fisher theo (2.5): Ftt = 2,44 -Tƣơng tự nhƣ phần kiểm tra tính đồng phƣơng sai thí nghiệm Gtt = 0,44< Gb =0,78 Phƣơng sai thí nghiệm coi đồng Kiểm tra tính tƣơng thích mơ hình Ftt < Fb, mơ hình (4.14) coi tƣơng thích - Từ kết thu đƣợc ta vẽ đồ thị tƣơng quan độ nhám bề mặt chiều Độ nhám bề mặt gia cơng (Ra) sâu cắt hình 4.10 3.7 3.2 2.7 2.2 1.7 1.2 0.7 0.2 1.2 1.4 1.6 1.8 Chiều sâu cắt (mm) Hình 4.10 Ảnh hƣởng chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt 72 Kết luận: Từ kết thực nghiệm đơn yếu tố nhận đƣợc có số kết luận sau: - Ảnh hƣởng tham số v; S; t, đến hàm mục tiêu rõ nét - Từ hàm hồi qui đồ thị nhận đƣợc cho thấy tƣơng quan hàm số tham số ảnh hƣởng với hàm tiêu dạng phi tuyến - Từ kết thu đƣợc để chọn miền biến thiên tham số ảnh hƣởng thí nghiệm đa yếu tố 4.6 Kết thực nghiệm đa yếu tố Kết thực nghiệm đơn yếu tố cho thấy ảnh hƣởng tham số: v; S,t vào hàm mục tiêu (N r ) (Ra) chủ yếu phi tuyến, theo 13 không tiến hành qui hoạch thực nghiệm bậc mà thực qui hoạch thực nghiệm bậc hai, bƣớc thực nghiệm đa yếu tố đƣợc tiến hành nhƣ sau: 4.6.1 Chọn vùng nghiên cứu giá trị biến thiên thông số đầu vào Từ kết thực nghiệm đơn yếu tố, chọn miền biến thiên thông số đầu vào nhƣ sau: - Đối với vận tốc cắt: từ phƣơng trình hồi qui (4.9), (4.10) đồ thị hình 4.5, 4.6 nhận thấy vận tốc cắt nhỏ 600 vịng/ph lớn 1000 vịng/phút chi phí điện riêng độ nhám giảm chọn khoảng biến thiên vận tốc cắt v từ 600 đến 1000 - Đối với lƣợng chạy dao S: từ phƣơng trình hồi qui (4.11), (4.12) đồ thị hình 4.7, 4.8 thấy lƣợng chạy dao nhỏ 0,1mm/vịng lớn 0,18mm/vịng chi phí điện riêng độ nhám tăng lên, chọn khoảng biến thiên lƣợng chạy dao từ 0,1mm/vòng đến 0,18mm/vòng - Đối với chiều sâu cắt (t): từ phƣơng trình hồi qui (4.13), (4.14) đồ thị hình 4.9, 4.10 nhận thấy chiều sâu cắt nhỏ mm lớn 1,8mm chi phí điện riêng độ nhám tăng lên chọn khoảng biến thiên chiều sâu cắt từ 1mm đến 1,8mm Mức thí nghiệm giá trị mã hố thơng số đầu vào ghi vào bảng 4.4 73 Bảng 4.4 Mức thí nghiệm thơng số đầu vào Các thơng số vào X1 X2 Vận tốc cắt (v/ph) S (mm/vòng) X3 t (mm) Các mức Giá trị mã Mức 1000 0,18 1,8 Mức sở 800 0,14 1,4 Mức dƣới -1 600 0,1 200 0,04 0,3 Khoảng biến thiên 4.6.2 Xây dựng ma trận thực nghiệm Theo 13 , chọn ma trận thực nghiệm theo kế hoạch Boks Benken miền yêu cầu với ba thơng số đầu vào đƣợc trình bày bảng 4.5 Bảng 4.5: Bảng ma trận thí nghiệm Boks - Benken thông số đầu vào Số TN X1 X2 X3 Số TN X1 X2 X3 1 1 -1 -1 10 -1 -1 -1 11 -1 -1 12 -1 1 13 0 -1 -1 14 0 1 15 0 -1 4.6.3 Kết thí nghiệm đa yếu tố 4.6.3.1 Tiến hành thí nghiệm thăm dị Để kiểm tra kết đo đƣợc có tuân theo qui luật phân bố chuẩn hay không nhƣ để xác định số lần lặp lại tối thiểu cho thí nghiệm chúng tơi tiến hành 30 thí nghiệm thăm mức sở (0; 0; 0), thay kết thí nghiệm vào cơng thức (4.8), xác định đƣợc số lần lặp lại cho thí m = 2,92 lấy m = Thiết bị thí nghiệm dụng cụ đo đƣợc tiến hành nhƣ thực nghiệm đơn yếu tố Quá trình thực nghiệm đƣợc thể hình 4.11 74 Hình 4.11: Q trình thí nghiệm đa yếu tố 4.6.3.2 Kết thí nghiệm theo ma trận lập Kết thí nghiệm đƣợc ghi phần phục lục 05, sử dụng phần mềm chƣơng trình xử lý số liệu thực nghiệm, sau tính tốn đƣợc kết sau: - Mơ hình hồi qui hàm chi phí điện riêng: Nr = 4852.486 - 4.690v+ 0.003v2-19823.398S + 0.427Sv + 108451.821S21999.454t - 0.089tv -7392.106tS +1080.203t2 (4.15) - Kiểm tra tính đồng phƣơng sai: Giá trị chuẩn Kokhren tính theo cơng thức (2.2) Gtt = 0.23, với m = 27; n-1 = 2;  =0,05, tra bảng VIII 13, ta đƣợc tiêu chuẩn Kokhren : Gb = 0,4 So sánh với giá trị tính tốn ta đƣợc G tt = 0.23 < Gb = 0,4, phƣơng sai thí nghiệm đồng -Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số mơ hình tốn: Theo tiêu chuẩn Student, hệ số mơ hình (4.15) có ảnh hƣởng đáng kể đến đại lƣợng nghiên cứu thoả mãn điều kiện:  tij  tb ij =  0,4  (4.16) đây: tb - hệ số tra bảng theo bậc tự độ tin cậy thí nghiệm tij - hệ số tính ứng với hệ số bij mơ hình hồi qui, giá trị tính tốn tiêu chuẩn Student cho hệ số nhƣ sau: 75 t00 = 20,6; t10 = -14,6; t11 = 17,2; t20 = -12; t21 = 0,51; t22 = 23,5; t30 = - t31 = -0,74; t32 = -12,2; t33 = 18,2; Giá trị tiêu chuẩn Student tra bảng ( tb) 14; đƣợc tra bảng tài liệu 13, với mức độ tin cậy thí nghiệm 0,95, số bậc tự Kb =30 ta tìm đƣợc tb =1,68 So với giá trị tính tốn ta thấy hệ số b1.0; b2.0; b2.1; b3.0; b3.1; b3.2 không thoả mãn tiêu chuẩn Student (4.16) nhƣng theo 13, không bỏ hệ số để nhằm mục đích tìm giá trị tối ƣu phần sau - Kiểm tra tính tƣơng thích mơ hình: Giá trị tiêu chuẩn Fisher tính theo công thức (2.5): Ftt = 2,3, giá trị tiêu chuẩn Fisher tra bảng tài liệu [13], với bậc tƣ 1 = 12; 2 = 30;  =0,05 tìm đựơc Fb = 3,25, so sánh với giá trị tính tốn Ftt < Fb, mơ hình (4.14) coi tƣơng thích - Kiểm tra khả làm việc mơ hình: hệ số đơn định (R2) đƣợc xác định theo cơng thức (2.6), sau tính tốn đƣợc R2 = 0,834, mơ hình coi hữu ích sử dụng - Mơ hình hồi qui hàm độ nhám bề mặt sản phẩm : Ra = 17.184 - 0.018v + 0.000v2+-34.854S - 0.034Sv + 151.950S210.840t+ 0.002tv + 20.067 tS + 2.688t2 (4.17) - Kiểm tra tính đồng phƣơng sai: Giá trị chuẩn Kokhren tính theo cơng thức (2.2) Gtt = 0,29, với m = 27; n-1 = 2;  =0,05, tra bảng VIII 13, ta đƣợc tiêu chuẩn Kokhren : Gb = 0,4 So sánh với giá trị tính tốn ta đƣợc G tt < Gb , phƣơng sai thí nghiệm đồng -Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số mơ hình tốn: Theo tiêu chuẩn Student, hệ số mơ hình (4.16) có ảnh hƣởng đáng kể đến đại lƣợng nghiên cứu thoả mãn điều kiện (4.16): t00 = 35,6; t10 = -26,8; t11 = 32; t20 = -10,3; t21 -20,3; t22 = 16; t30 = -37; t3 = 7; t32 = 16,2; t33 = 22; Giá trị tiêu chuẩn Student tra bảng ( tb) đƣợc tra bảng tài liệu 13, với mức độ tin cậy thí nghiệm 0,95, số bậc tự K b =30 ta tìm đƣợc tb =1,68 So với giá trị tính tốn ta thấy hệ số b10; b2.0; b2.1; b3.0 không thoả mãn tiêu 76 chuẩn Student (4.16) nhƣng theo 13, không bỏ hệ số để nhằm mục đích tìm giá trị tối ƣu phần sau - Kiểm tra tính tƣơng thích mơ hình: Giá trị tiêu chuẩn Fisher tính theo công thức (2.5): Ftt = 2,38, giá trị tiêu chuẩn Fisher tra bảng tài liệu [13], với bậc tƣ 1 = 12; 2 = 30;  =0,05 tìm đựơc Fb = 3,25, so sánh với giá trị tính tốn Ftt < Fb, mơ hình (4.16) coi tƣơng thích - Kiểm tra khả làm việc mơ hình: hệ số đơn định (R2) đƣợc xác định theo cơng thức (2.6), sau tính tốn đƣợc R2 = 0,847, mơ hình coi hữu ích sử dụng 4.7 Xác định giá trị tối ƣu tham số ảnh hƣởng 4.7.1 Lựa chọn phương pháp giải toán tối ưu Việc xác định giá trị vận tốc cắt (v), lƣợng chạy dao (S) chiều sâu cắt (t) để hàm mục tiêu (4.15) (4.17) đạt cực tiểu, sử dụng phƣơng pháp lập giải toán tối ƣu đa mục tiêu [2] Sau xác định đƣợc hàm mục tiêu, hàm mục tiêu có thứ ngun khác nhau, tính chất cực trị giống hàm chi phí điện riêng độ nhám bề mặt gia công nhỏ tốt Để giả tốn chúng tơi sử dụng phƣơng pháp tìm lời giải tối ƣu tổng quát có mặt nhiều hàm mục tiêu [21], nội dung phƣơng pháp đƣợc trình bầy mục 2.4.2.2 chƣơng 4.7.2 Xác định giá thông số sử dụng hợp lý máy tiện CNC NEF- 400 - Lập hàm tỷ lệ tối ƣu Mục đích để hàm mục tiêu khơng cịn thứ ngun, sau cộng hai hàm lại với thành hàm tổng quát Hàm tỷ lệ tối ƣu đƣợc lập nhƣ sau: - Xác định giá trị nhỏ hàm (4.15) Nrmin=254 wh/cm2 (việc xác định giá trị nhỏ phầm mềm qui hoạch thực nghiệm OPT phần phụ lục - Chia số hạng phƣơng trình (4.15) cho giá trị Nrmin= 254 ta đƣợc hàm tỷ lệ tối tƣu 1 77 - Tƣơng tự xác định giá trị nhỏ hàm số (4.17) ta có Ramin= 0,82m, chia số hạng phƣơng trình (4.16) cho giá trị Ramin= 0,82 ta đƣợc hàm tỷ lệ tối tƣu 2 1= 19.104 - 0.018v + 0.000012v2 - 78.045S+ 0.002Sv + 426.976S2 -7.872t + 0.00035tv - 29.103tS + 4.253t2 (4.18) 2= 20.854 -0.022v+0.000122v2 - 42.500S -0.037Sv + 185.305S2 -13.220t + 0.002tv + 24.463tS + 3.268t2 (4.19) - Lập hàm tối ƣu tổng quát   = 11+ 22 = 39.958 - 0.0404v +0.000133v2 - 120.545S - 0.035Sv + 612.281S2 -21.091t + 0.00208tv - 4.639tS+7.521t2 (4.20) - Khảo sát hàm tối ƣu tổng quát (4.20) Lấy đạo hàm riêng phƣơng trình (4.20) theo biến v S, t đƣợc hệ phƣơng trình, giải hệ phƣơng trình ta đƣợc điểm dừng v= 796,4 ; S = 0,131; t =1,38 Khảo sát hàm tổng quát điểm dừng v= 796,4 ; S = 0,131; t =1,38 điều khiện biên dƣới v= 600 ; S = 0,1; t =1 điều kiện biên v= 1000; S = 0,18; t =1,8 nhận đƣợc kết điểm dừng v= 796,4 ; S = 0,131; t =1,38 hàm tổng quát (4.20) đạt cực tiểu Nhƣ vận tốc cắt v= 796,4 vòng/phút, lƣợng chạy dao S=0,131mm/vòng chiều sâu cắt t =1,38 mm cho chi phí điện riêng độ nhám nhỏ là: Nrmin=262,2 Wh/cm2 Ramin=0,87m, giá trị chế độ sử dụng hợp lý máy tiện CNC NEF 400 tiện mặt đầu với phôi thép C45 4.7.3 Thực nghiệm tiện theo chế độ tối ưu Sau xác định đƣợc chế độ sử dụng tối ƣu máy tiện, chúng tơi tiến hành thí nghiệm lại chế độ tiện tối ƣu tính tốn đƣợc phần trên, kết thí nghiệm sau xử lý đƣợc ghi bảng 4.6 Bảng 4.6 Kết thí nghiệm tiện mặt đầu theo chế độ tối ƣu Số TT Hàm mục tiêu Chi phí điện riêng Nrmin (Wh/m2) Độ nhám bề mặt Ramin (m) Giá trị tối ƣu tính theo theo lý thuyết 262,2 0.87 Giá trị thực nghiệm theo chế độ tối ƣu Sai số 275,3 4,7% 0.93 6,4% 78 Nhận xét: Từ kết thu đƣợc bảng 4.6, chúng tơi có nhận xét sau: - Sai số giá trị thực nghiệm hàm chi phí điện riêng máy tiện chế độ tối ƣu với giá trị tính tốn theo lý thuyết 4,7%, từ giá trị tối ƣu tìm đƣợc hoàn toàn tin cậy đƣợc - Sai số giá trị thực nghiệm độ nhám bề mặt gia với giá trị tính theo lý thuyết 6,4%, nhƣ giá trị tối ƣu tính tốn đƣợc phần hoàn toàn tin cậy đƣợc 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau nghiên cứu xong đề tài, chúng tơi có rút số lết luận sau: Đề tài phân tích lực tác dụng phần tử dao tiện lên phơi, phân tích ảnh hƣởng yếu tố công nghệ đến lực cắt, tuổi bền dao cắt, từ xác định chế độ gia cơng máy tiện Đề tài tiến hành phân tích, lựa chọn hàm mục tiêu nghiên cứu chi phí điện riêng hàm độ nhám bề mặt gia công, lựa chọn yếu tố ảnh hƣởng đến hàm mục tiêu vận tốc cắt, lƣợng chạy dao chiều sâu cắt, xây dựng đƣợc phƣơng pháp xác định hàm mục tiêu Bằng nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố đa yếu tố, đề tài thiết lập đƣợc phƣơng trình tƣơng quan thơng số ảnh hƣởng đến hàm chi phí điện riêng hàm độ nhám bề mặt gia công (4.15); (4.17), tƣơng quan xác định đƣợc dạng phi tuyến Bằng phƣơng pháp giải toán tối ƣu đa mục tiêu, đề tài xác định đƣợc chế độ sử dụng hợp lý máy tiện CNC NEF 400 tiện mặt đầu với phôi thép C45 là: vận tốc cắt v= 796,4vòng/phút, lƣợng chạy dao S=0,131mm/vòng chiều sâu cắt t =1,38mm với chế độ tiện xác định chi phí điện riêng độ nhám bề mặt gia công nhỏ Nrmin=262,2Wh/m2 Ramin=0,87 m Kiến nghị Do thời gian nghiên cứu có hạn, đề tài chƣa có điều kiện nghiên cứu số yếu tố ảnh hƣởng khác đến chi phí điện riêng độ nhám bề mặt, để đề tài hoàn thiện cần tiếp tục nghiên cứu số nội dung sau: Cần tiếp tục nghiên cứu thêm số yếu tố ảnh hƣởng khác bao gồm: góc nghiêng chính, góc cắt chính, góc nâng, bôi trơn Cần tiếp tục nghiên cứu thêm số hàm mục tiêu khác nhƣ rung động máy, suất tiện, độ xác kích thƣớc 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Tuấn Anh (2012), "Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố chế độ cắt đến chi phí lượng riêng chất lượng bề mặt gia công máy tiện LD 134.OC", Luận văn thạc sỹ - Đại học Lâm nghiệp Nguyễn Văn Bỉ (2004), "Về việc giải toán tối ưu cơng nghiệp rừng", Tạp chí Nơng nghiệp phát triển nơng thơn 2/2004, pp.266-268 Dƣơng Đình Chiến (2012), "Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ cắt, lượng ăn dao chiều sâu cắt đến chi phí lượng riêng độ nhám bề mặt tiện trơn thép máy tiện EER 1330", Luận văn thạc sỹ - Đại học Lâm nghiệp Trần Văn Địch (2008), Công nghệ chế tạo máy, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội Trần Văn Địch (2009), Nguyên lý cắt kim loại, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội Trần Ngọc Giang (2008), "Ảnh hưởng bôi trơn tối thiểu (MQL) đến mòn dụng cụ cắt nhám bề mặt tiện tinh thép 9CrSi (9XC) qua tôi", Luận văn thạc sỹ - Đại học Bách khoa Hà Nội Nguyễn Thị Hòa (2012), " Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố chế độ cắt đến chi phí lượng riêng chất lượng bề mặt gia công máy tiện CZ6240A", Luận văn thạc sỹ - Đại học Lâm nghiệp Ngô Đức Hạnh (2008), "Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính rung động tự kích thích ảnh hưởng bước tiến dao đến tăng trưởng q trình cắt kim loại với trợ giúp máy tính", Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, trƣờng đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Thái Nguyên Phạm Ngọc Hanh (2012), "Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng chính, lượng ăn dao tốc độ cắt đến chi phí lượng riêng độ nhám bề mặt tiện trơn thép máy tiện EER 1330", Luận văn thạc sỹ - Đại học Lâm nghiệp 10 Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998), "Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ứng dụng kỹ thuật nông nghiệp", NXB Nông nghiệp Hà Nội 11 Trần Lực tác giả (2009), Nguyên lý dụng cụ cắt, NXB Giáo dục Việt Nam 81 12 Phạm Đình Tân (2004), Nguyên lý cắt dụng cụ cắt, NXB Giáo dục, Hà Nội 13 Phạm Tài Thắng (2005), "Nghiên cứu mối quan hệ mòn tuổi bền dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt tiện thép 9XC qua tôi", Luận văn thạc sỹ - Đại học Bách khoa Hà Nội 14 Ngô Ngọc Tân (1995), "Nghiên cứu lượng tiêu hao tiện thép C45 dụng cụ phủ Titan", Luận văn thạc sỹ - Đại học Bách khoa Hà Nội 15 Lê Hồng Thanh (2012), "Nghiên cứu ảnh hưởng góc sau, chiều sâu cắt tốc độ cắt đến chi phí lượng riêng độ nhám bề mặt tiện trơn gang máy tiện EER 1330", Luận văn thạc sỹ - Đại học Lâm nghiệp 16 Nguyễn Trọng Anh Tuấn (2012), "Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt đến chất lượng gia công tiện", Luận văn thạc sỹ - Đại học Bách khoa Hà Nội 17 Nguyễn Hải Tuất, Ngô Kim Khôi (1996), Xử lý thống kê kết nghiên cứu thực nghiệm máy vi tính, Nxb Nơng nghiệp, Hà Nội 18 Nguyễn Thị Thanh Vân (2009), "Nghiên cứu ảnh hưởng loại dung dịch bôi trơn làm nguội tối thiểu đến lực cắt nhám bề mặt tiện thép 9xc", Luận văn thạc sỹ - Đại học Bách khoa Hà Nội Tiếng Anh 19 Iwamura Y., Rybicki E., A transient elastic- plastic thermal stress analysis of flame forming – Trans of the ASME, Journal of eng For ind., Febr 1973, p.163-171 20 Jahanshahi A., Quasi – static stresses due to moving temperature discontinuity on a plane boundary – Trans Of the ASME, Jour Of applied mechanics, Dec 1966, p.814-816 21 Johns D., Thermal stress analyses – Pergamon press, First edition, 1965, Oxford-London – Edinburgh – New York – Paris – Frankfurt 22 Landau H., WeinerJ., Zwicky E., Thermal stress in a viscoelastic-plastic plate with tempeture dependent yield stress – Trans of the ASME Journal of applied mechanics, june 1960, p297-302 82 23 McKee R., Moore R., Boston O., A study of heat developed incylindrical grinding – Transactions of the ASME , Jannuary 1951, p.21-34 24 Norman C Fraz (1958) , An Analysis of the wood – Cutting process , Annarbor, Michigan, United States of America 25.Tarasov L., Some metallurgical aspects of grinding – Repring from the book “Machining – theory and practice”, American Society for metals 26 Weiner J., An elastopic thermal – stress analysis of afree plate – Journal of applied mechanics, September 1956, p.395-402 27 Wheels key to hight – speed grinding –Metalworking production , May 1968, p.48-51 Tiếng Nga 28.Антонюк.В.С.Даценко.М.А.Усачев Л А (2009), Моделирование сил резания при контурном фрезеровании концевьIми фрезами, Н.Т.У УКРАИНЬI 29.Гнитько А.Н Нечепаев В.Г (2007), ЭФФекттивность применения устроиств Удаления стужкки лри фрезерововании закрIътьIх профилвнь х пазов , Трудъ О.П.У 30.Кородецкий И,Стребуляев С.Н.(2009), Исследование автоколебаний Динамнческой истемв фрезерного стаика с не линейнъм элементмом, ННГУ 31 Гурии В Д (2011), ПовъIIIениe эффективности настанках с чпу путём комлексного фрезернования диагнотирования состояния инструмента в реалъном времени, МГТУ 32 Жиляев Е В (2009), Влияние конструктивно-технологических факторов порцесса фрезерования на качество обработки деталей низа обуви, диссертация К Т Н ГОУ ВОП ЮРГУЭС 33 Кирюшин.Д.Е(2007), Повьшение производительности торцевого фрезе рования титановых сплавов за счёт применения высокоскоросного резания, СГТУ 83 34 Ковалевский А.В(2010), Фрезерование деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе Омский ПТУ 35.Лобаиов.А.А (2006), Исследование стали Диссертация К Т Н Москва процесса фрезерования закаленной ... bày chọn thực đề tài: "Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số đến độ nhám bề mặt chi phí lượng riêng tiện mặt đầu máy tiện CNC NEF 400" Phạm vi nghiên cứu Do thời gian nghiên cứu có hạn, đề tài giới... 400 Máy tiện CNC NEF 400 loại máy tiện vạn xuất xứ từ Nhật bản, hình ảnh máy tiện CNC NEF 400 đƣợc thể hình 2.1 23 Hình 2.1: Máy tiện CNC NEF 400 2.3.2 Thông số kỹ thuật máy tiện CNC NEF 400. .. riêng độ nhám bề mặt tiện trơn gang máy tiện EER 1330" [18], kết nghiên cứu xác định đƣợc ảnh hƣởng góc sau, chi? ??u sâu cắt tốc độ cắt đến chi phí lƣợng riêng độ nhám bề mặt tiện trơn gang máy tiện