Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xác định chế độ sửa đá tối ưu khi mài phẳng thép SKD11 qua tôi

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP LÝ HỒNG TÚ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ TỐI ƯU KHI MÀI PHẲNG THÉP SKD11 QUA TÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ TRƯỞNG KHOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Thanh Tú PGS.TS Vũ Ngọc Pi Thái Nguyên, tháng - 2020 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan: Toàn kết nghiên cứu luận án tác giả hoàn toàn tự nghiên cứu Tác giả không lấy từ nguồn hay chép lại (ngoại trừ điểm trích dẫn) Các bảng biểu, đo đạc thí nghiệm thực nghiêm túc Không chép, chỉnh sửa từ nguồn khác (ngoại trừ điểm trích dẫn) Tác giả xin hồn tồn chịu trách nhiệm có sai trái luận văn Tác giả Lý Hồng Tú Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin cảm ơn tập thể giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thanh Tú, PGS.TS Vũ Ngọc Pi định hướng giúp đỡ tơi hồn chỉnh luận văn Nội dung đề tài thuộc đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường “ Nghiên cứu biện pháp tăng suất giảm chi phí q trình mài phẳng thép SKD11 qua tôi” Của trường ĐHCN, ĐHTN, mã số: 2019 – B31 TS Lưu Anh Tùng chủ nhiệm đề tài Tác giả xin cảm ơn chủ nhiệm thành viên đề tài giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn Bên cạnh tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Cao Đẳng Công nghiệp Thái Nguyên, Ban lãnh đạo trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp, phịng Đào tạo Khoa Cơ khí Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn Đồng thời, tác giả xin cảm ơn doanh nghiệp tự nhân khí xác Thái Hà hỗ trợ tơi máy móc thiết bị cơng nhân cho việc thí nghiệm xưởng Tuy nhiên, lực thân nên luận văn khó tránh khỏi sai sót, tác giả mong thầy, cô giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp đóng góp để tơi hồn thiện luận văn này! Tác giả Lý Hồng Tú Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iv MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Nội dung đề tài: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SỬA ĐÁ KHI MÀI PHẲNG 1.1 Đặc điểm chung mài mài phẳng 1.2 Đá mài 1.3 Tổng quan mòn sửa đá mài phẳng Kết luận chương 13 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA Q TRÌNH MÀI, XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 14 2.1 Cơ sơ lý thuyết 14 2.1.1 Quá trình tạo phoi mài 14 2.1.2 Lưỡi cắt mài 15 `2.1.3 Chiều dày lớp cắt 15 2.1.4 Quá trình sửa đá 16 2.1.6 Dụng cụ sửa đá 17 2.1.7 Lưỡi cắt tĩnh lưỡi cắt động [34] 20 2.1.8 Một số tiêu chí đánh giá trình mài 21 2.1.8.1 Mòn tuổi bền đá 21 2.1.8.2 Nhám bề mặt mài 23 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn v 2.2 Xây dựng hệ thống thí nghiệm 24 2.3 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 27 2.4 Lựa chọn thông số điều kiện thí nghiệm 29 Kết luận chương 33 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Mức độ ảnh hưởng thông số đến nhám bề mặt Ra 34 3.2 Xác định thông số chế độ sửa đá hợp lý 36 3.3 Tính tốn dự đốn giá trị nhám bề mặt 38 Kết luận chương 39 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 40 Kết luận 40 Hướng nghiên cứu 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 PHỤ LỤC 46 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị Ra Nhám bề mặt µm S Lượng chạy dao sửa đá m/ph ar Chiều sâu sửa đá thô mm nr Số lần sửa thô lần af Chiều sâu sửa tinh mm nf Số lần sửa tinh lần nnon Số lần chạy không ăn dao lần nđ Tốc độ quay đá mài Vòng/ph t Chiều sâu cắt mài mm nct Số vòng quay chi tiết Vòng/ph Vđ Vận tốc cắt đá mài m/s VB Vận tốc bàn máy m/ph T Thời gian mài ph U Độ mòn tuyệt đối đá mài mm az Chiều sâu cắt hạt mài mm Sd Lượng chạy dao dọc m/ph Sn Lượng chạy dao ngang mm/htđ Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý phương pháp mài phẳng 12 Hình 1.2 Sự hình thành nhám bề mặt mài phẳng 19 Hình 1.3 Ảnh sem bề mặt mài 19 Hình 1.4 Ảnh hưởng lượng chạy dao sửa đá đến lực mài nhám bề mặt mài [32] Hình 1.5 Ảnh hưởng lượng chạy dao dọc, chiều sâu sửa đá góc gá mũi sửa đá đến nhám bề mặt gia công [41] 11 Hình 1.6 Cách gá mũi sửa đá kim cương hạt [41] 11 Hình 2.1 Quá trình tạo phoi mài [34] 14 Hình 2.2 Các dạng có lưỡi cắt 15 Hình 2.3 Phân loại dụng cụ sửa đá kim cương 18 Hình 2.4 Sửa đá bút chì kim cương 19 Hình 2.5 Lưỡi cắt tĩnh lưỡi cắt động [34] 21 Hình 2.6 Các trạng thái mòn đá mài 7 21 Hình 2.8 Máy mài phẳng moto – yokohama 25 Hình 2.9 Đá Mài Hải Dương Cn46tb2gv1.300.32.127.30 M/S 26 Hình 2.10 Bút sửa đá kim cương nhiều hạt 26 Hình 2.11 Ảnh Máy Đo Nhám Mittutoyo Sj-201 26 Hình 2.12 Hình dáng phơi thí nghiệm 26 Hình 2.13 Khai báo biến thí nghiệm theo phương pháp taguchi 30 ( l16 = 4^4 2^2 = 16 thí nghiệm) 30 Hình 2.14 Đồ thị phân phối kết thí nghiệm 32 Hình 3.1 Biểu đồ ảnh hưởng yếu tố đến 𝑅𝑎 sửa đá 35 Hình 3.2 Biểu đồ ảnh hưởng yếu tố đến tỉ số s/n sửa đá 38 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng cỡ hạt đá mài 12 Bảng 1.2 Chế độ sửa đá sử dụng đầu sửa đá kim cương nhiều hạt norton [42] 12 Bảng 1.3 Chế độ sửa đá sử dụng đầu sửa đá kim cương nhiều hạt winter [42] 12 Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật máy mài phẳng moto – yokohama 25 Bảng 2.2 Các mức thí nghiệm thơng số đầu vào s, ar, nr, af, nf nnon 29 Bảng 2.3 Kế hoạch thí nghiệm kết thí nghiệm sửa đá theo thông số đầu vào ar, nr, af, nf, nnon s 31 Bảng 2.4 Mục tiêu đánh giá sửa đá thông qua nhám bề mặt 32 Bảng 3.1 Anova giá trị 𝑅𝑎 sửa đá Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 Mức độ ảnh hưởng yếu tố đến 𝑅𝑎 sửa đá Error! Bookmark not defined Bảng 3.3 Anova tỉ số s/n 𝑅𝑎 sửa đá Error! Bookmark not defined Bảng 3.4 Mức độ ảnh hưởng yếu tố đến tỉ số s/n sửa đá Error! Bookmark not defined PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mài phương pháp gia cơng có vai trị quan trọng việc nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia cơng Mài q trình phức tạp phụ thuộc vào nhiều thông số thông số đá mài, thông số chế độ cắt mài thông số chế độ sửa đá Trong trình mài, bề mặt đá bị mịn dần làm giảm độ xác gia cơng Để đạt độ xác gia công cần thiết, cần phải đảm bảo profile độ sắc đá mài suốt trình mài hay nói cách khác đá mài cần phải sửa dụng cụ sửa đá sau khoảng thời gian làm việc định Trong trình sửa đá, hạt đá bị cùn bị bóc để tạo hạt đá có cạnh sắc để chúng dễ dàng bóc tách vật liệu gia cơng Đến nay, có nhiều nghiên cứu ảnh hưởng thơng số sửa đá đến khả cắt đá đến chất lượng bề mặt gia công Khá nhiều công trình nghiên cứu tối ưu hóa q trình sửa đá để đạt mục tiêu Chẳng hạn như, tốc độ chạy dao sửa đá, lượng ăn dao hướng kính dụng cụ sửa đá số lần chạy khơng ăn dao tối ưu hóa nhằm xác định tuổi bền tối ưu đá, khả cắt lớn đá, nhám nhỏ bề mặt gia công Các phương pháp khác phương pháp nơtron network, phương pháp Taguchi phương pháp quan hệ xám Mặc dù có nhiều nghiên cứu xác định thông số tối ưu q trình sửa đá, nhiên chưa có nghiên cứu tối ưu hóa thơng số trình sửa đá mài phẳng để mài thép SKD11 qua nhằm đạt nhám bề mặt nhỏ Chính “Nghiên cứu xác định chế độ sửa đá tối ưu mài phẳng thép SKD11 qua tôi” cấp thiết Mục tiêu nghiên cứu - Xác định chế độ sửa đá tối ưu (hay hợp lý) nhằm đạt nhám bề mặt gia công nhỏ mài phẳng thép SKD 11 qua đá mài Hải Dương Đối tượng nghiên cứu Nhám bề mặt mài phẳng chu vi đá thép SKD 11 qua đá mài Hải Dương Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm theo phương pháp Taguchi Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học - Đề tài góp phần hiểu rõ ảnh hưởng thơng số q trình sửa đá đến nhám bề mặt gia cơng Thêm vào đó, đề tài xác định chế độ sửa đá tối ưu (hay hợp lý) để nhám bề mặt gia công mài nhỏ 5.2 Ý nghĩa thực tiễn - Đề tài có ý nghĩa thực tiễn để sửa đá mài phẳng khuôn dập, khuôn ép, cối dập thuốc vv… làm thép SKD11 Nội dung đề tài: gồm chương; cụ thể sau: Chương 1: Tổng quan trình sửa đá mài phẳng Chương2: Cơ sở lý thuyết trình mài, xây dựng hệ thống thí nghiệm lựa chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm Chương 3: Kết thảo luận CHƯƠNG 1: 40 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Kết luận Đề tài nhằm nghiên cứu chế độ sửa đá tối ưu mài phẳng thép SKD11 qua Qua kết mà nghiên cứu đạt được, đưa kết luận sau: - Luận văn trình bày khái quát gia công mài phẳng, vật liệu hạt mài ảnh hưởng vật liệu hạt mài đến trình gia cơng; - Đã phân tích kết nghiên cứu ngồi nước gia cơng mài nói chung phẳng nói riêng Qua thấy có nhiều nghiên cứu sửa đá mài mài phẳng nói riêng chưa có cơng bố chế độ sửa đá tối ưu mài phẳng thép SKD11 qua đá mài Hải Dương; - Đã xây dựng hệ thống thí nghiệm đáp ứng yêu cầu đề ra; lựa chọn phương pháp thiết kế phân tích thí nghiệm (phương pháp Taguchi); - Đã lựa chọn thơng số đầu vào q trình sửa đá để khảo sát bao gồm thông số: lượng chạy dao sửa đá, chiều sâu sửa đá thô, số lần sửa đá thô, chiều sâu sửa đá tinh, số lần sửa đá tinh số lần chạy không ăn dao; - Đã tiến hành thực nghiệm, phân tích đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ sửa đá đến nhám bề mặt gia công - Đã xác định chế sửa đá tối ưu mài phẳng thép SKD 11 qua đá mài Hải Dương nhằm đạt nhám bề mặt sau mài nhỏ nhất; Hướng nghiên cứu Mặc dù nghiên cứu thu số kết khả quan nhiều mục tiêu chưa xét đến Do vậy, tác giả có đề xuất hướng nghiên cứu xác định chế độ sửa đá tối ưu nhằm đơn mục tiêu khác như: Lực cắt, dung sai độ phẳng, tuổi bề đá mài, suất bóc tách vật liệu tốn đa mục tiêu nhằm đồng thời hai nhiều mục tiêu đề 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] F Klocke 2009 Manufacturing processes – Grinding, honing, lapping (Springer) [2] M C Shaw 1996 Principles of Abrasive Processing (Oxford University Press) [3] S Malkin 1989 Grinding technology: Theory and Applications of Machining with abrasives (England: Ellis Horwood Limited) [4] K Wegener, H W Hoffmeister, B Karpuschewski, F Kuster, W C Hahmann and M Rabiey 2011) Conditioning and monitoring of grinding wheels (CIRP Annals - Manufacturing Technology 60) pp 757-777 [5] T C Buttery, A Statham, J B Percival and M S Hamed 1979 Some effects of dressing on grinding performance (Wear 55(2)) pp 195-219 [6] X Chen 1995 Strategy for the selection of grinding wheel dressing conditions (Doctoral thesis, Liverpool John Moores University) [7] Hoàng Văn Điện, Nghiên cứu q trình mịn đá mài ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết mài phẳng, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2007 [8] Hamid Baseri, Simulated annealing based optimization of dressing conditions for increasing the grinding performance, Int J Adv Manuf Technol (2012) No 59, pp 531-538 [9] D Chen, R Allanson, W B Rowe 1998 Life cycle model of the grinding process (Computers in Industry 36(1-2)) pp 5-11 [10] Prusak Z, J A Webster, and I D Marinescu 1997 Influence of dressing parameters on grinding performance of CBN/ Seeded Gel hybrid wheels in cylindrical grinding (International Journal of Production Research 35(10)) pp 2899-2916 [11] H Baseri, S M Rezaei, A Rahimi, and M Saadat 2008 Analysis of the disc dressing effects on grinding performance—part 1: simulation of the disc 42 dressed wheel surface (Machining Science and Technology 12(2)) pp 183196 [12] Phạm Tuấn Hiệp, Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ sửa đá đến độ nhám bề mặt mài lỗ vật liệu 9XC qua tôi, luận văn thạc sĩ, trường Đại Học Công Nghiệp Thái Nguyên, 2017 [13] Nguyễn Ngọc Hường, Nghiên cứu ảnh hưởng đường kính đá mài thay đến giá thành mài trịn ngồi, Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật, Đại học Thái Nguyên, 2012 [14] S Malkin (1989), Grinding technology theory and applicatinons of machining with abrasives, Publishers by Ellis Horwood Limited [15] PGS.TS Vũ Ngọc Pi, Nghiên cứu chế độ sửa đá hợp lý mài nhằm tăng độ xác tuổi bền mài, Một phần Đề tài NCKH cấp Bộ, Bộ Giáo dục Đào tạo, 2005 [16] Nguyễn Thị Phương Giang, Trần Thế Lục, Bành Tiến Long, Nghiên cứu ảnh hưởng độ hạt đến tuổi bền đá mài chế tạo Việt Nam (nhà máy đá mài Hải Dương), Tạp chí Khoa học Cơng nghệ trường Đại học Kỹ thuật, Số 54, 2005 [17] Nguyễn Văn Thiện, Nghiên cứu ảnh hưởng topography đá mài số thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết mài phẳng, Luận án tiến sĩ Kỹ thuật khí, 2005 [18] H Baseri 2012) Simulated annealing based optimization of dressing conditions for increasing the grinding performance (Int J Adv Manuf Technol 59) pp 531–538 [19] Nguyễn Văn Tính Kỹ thuật mài, NXB Cơng nhân kỹ thuật, Hà Nội, 1978 [20] A Lefebvre, O Sinot, and A Torrance 2013 Optimization of dressing conditions for a resin-bonded diamond wheel by topography analysis (Machining Science and Technology 17(2)) pp 312-324 43 [21] H Deng, G Y Chen, C Zhou, S C Li, and M J Zhang 2014 Processing parameter optimization for the laser dressing of bronze-bonded diamond wheels (Applied Surface Science 290) pp 475-481 [22] M K Sinha, D Setti, S Ghosh, and P V Rao 2014 An investigation into selection of optimum dressing parameters based on grinding wheel grit size (5th International & 26th All India Manufacturing Technology, Design and Research Conference),(India: IIT Guwahati, Assam) [23] I Aleksandrova 2016 SOptimization of the dressing parameters in cylindrical grinding based on a generalized utility function (Chinese Journal of Mechanical Engineering 29(1)) pp 63-73 [24] S P Sanjay, and J B Yogesh 2017 Selection of levels of dressing process parameters by using TOPSIS technique for surface roughness of En-31 workpiece in CNC cylindrical grinding machine (IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 178(1)) pp 012-033 [25] D Dadaso, Mohite, N Tiwari, and S Sontakke, Udayshankar Mishra 2017 Modelling and Optimization of Dressing Parameters of CNC Cylindrical Grinding Wheel for Minimum Surface Roughness (International Journal of Engineering Research and General Science 5(4)) [26] R Jeyapaul, P Shahabudeen, and K Krishnaiah 2005 Quality management research by considering multi-response problems in the Taguchi method - a review (Int J Adv Manuf Technol 26) pp 1331–1337 [27] E Brinksmeier, F Werner, Monitoring of Grinding Wheel Wear, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Volume 41, Issue 1, 1992, Pages 373-376 [28] X Chen, D R Allanson, W B Rowe, Life cycle model of the grinding process, Computers in Industry, Volume 36, Issues 1-2, 30 April 1998, Pages 5-11 [29] Hamid Baseri, Simulated annealing based optimization of dressing conditions for increasing the grinding performance, Int J Adv Manuf Technol (2012) No 59, pp 531–538 44 [30] Jae-Seob Kwak, Man-Kyung Ha, Evaluation of Wheel Life by Grinding Ratio and Static Force, KSME International Journal, Vol 16, No 9, pp 10721077, 2002 [31] Mohammad Rabiey, Christian Walter, Friedrich Kuster, Josef Stirnimann, Frank Pude, Konrad Wegener, Dressing of Hybrid Bond CBN Wheels Using Short-Pulse Fiber Laser, Journal of Mechanical Engineering 58(2012)7-8,462-469 [32] Fritz Klocke, Manufacturing processes – Grinding, honing, lapping, Springer, 2009 [33] Trần Minh Đức, Ảnh hưởng chế độ cơng nghệ sửa đá đến tính cắt đá mài, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Thái nguyên, Tập 64, Số /2010, Trang 75 [34] Trần Minh Đức, Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ sửa đá tới Topography đá mài, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà nội, 2002 [35] Nguyễn Trọng Bình, Trần Minh Đức, Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đá mài tới Topography đá, Tạp chí Cơ khí ngày nay, Số 21-8, 1998, Trang 35 [36] Tăng Huy, Nguyễn Huy Ninh, Trần Đức Quý, Một phương pháp đo Topography đá mài cảm biến khoảng cách Laser, Hội nghị Đo lường toàn quốc, Hà nội, 2005, trang 159-164 [37] Milton C Shaw, Principles of Abrasive Processing, Oxford University Press, 1996 [38] L.M Kozuro, A.A Panov, E.I Remizovski, P.S Tristosepdov, Handbook of Grinding (in Russian), Publish Housing of High-education, Minsk, 1981 [39] S Malkin, Grinding technology: Theory and Applications of Machining with abrasives, Ellis Horwood Limited, Endland, 1989 [40] Trần Minh Đức, Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ sửa đá tới Topography đá mài, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Đại học Bách khoa 45 Hà nội, 2002 [41] NORITAKE CO.,LIMITED, Dressing and Truing, http://www.noritake.co.jp/eng/products/abrasive/support/support_grinding /dressing.html [42] Norton Catalog, Diamond tools, http://www.nortonabrasives.com/ 46 PHỤ LỤC Bài báo chấp nhận đăng Tran Thi Hong, Bui Thanh Danh, Ly Hoang Tu, Ngo Ngoc Vu, Nguyen Thanh Tu, Tran Ngoc Giang, Vu Ngoc Pi, Luu Anh Tung, Influence of Dressing conditions on Surface Roughness when Surface Grinding SKD11 Steel, Accepted for "Materials Science Forum" (Scopus Q3) 47 48 49 50 51 52 53 54 ... ? ?Nghiên cứu xác định chế độ sửa đá tối ưu mài phẳng thép SKD11 qua tôi? ?? cấp thiết Mục tiêu nghiên cứu - Xác định chế độ sửa đá tối ưu (hay hợp lý) nhằm đạt nhám bề mặt gia công nhỏ mài phẳng thép. .. nhiều nghiên cứu chế độ sửa đá Tuy nhiên, nghiên cứu xác định chế độ sửa đá tối ưu mài phẳng thép SKD11 chưa quan tâm mức Vì nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu thực nghiệm để xác định thông số tối. .. topography đá mài nghiên cứu [17] Nghiên cứu thực nhằm xác định quan hệ chế độ sửa đá (S, a), Topography đá mài nhám bề mặt chi tiết mài phẳng Xác định quan hệ chế độ cắt, rung động, Topography đá mài