Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi phay mặt phẳng bằng dao phay đĩa trên máy phay TUM20VS​

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - CAO THẾ BÌNH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THƠNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY MẶT PHẲNG BẰNG DAO PHAY ĐĨA TRÊN MÁY PHAY TUM20VS LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2012 BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - CAO THẾ BÌNH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THƠNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY MẶT PHẲNG BẰNG DAO PHAY ĐĨA TRÊN MÁY PHAY TUM20VS Chuyên ngành:Kỹ thuật máy thiết bị giới hóa nơng lâm nghiệp Mã số: 60 52 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRỊNH HỮU TRỌNG HÀ NỘI, 2012 i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, suốt thời gian vừa qua cố gắng, nỗ lực thân nhận nhiều quan tâm giúp đỡ, dẫn nhiều tập thể cá nhân Nhân dịp cho phép tơi bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới: Thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Trịnh Hữu Trọng dành nhiều thời gian bảo tận tình cung cấp nhiều tài liệu có giá trị Tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Sau đại học, Trung tâm thí nghiệm,thực hành Khoa Cơ điện Cơng trình trường Đại học Lâm nghiệp, Trường cao đẳng nghề LILMMA Ninh Bình tạo điều kiện thuận lợi cho thực đề tài Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè động viên giúp đỡ tơi q trình thực đề tài Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc giúp đỡ q báu Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những kết luận văn tính tốn xác, trung thực chưa có tác giả cơng bố Những nội dung tham khảo, trích dẫn luận văn dẫn nguồn gốc Hà Nội, tháng 05 năm 2012 Tác giả Cao Thế Bình ii MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục hình iv Danh mục bảng v Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt vi ĐẶT VẤN ĐỀ Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình sử dụng nghiên cứu máy phay kim loại giới 1.2 Tình hình sử dụng nghiên cứu máy phay kim loại nước 13 Chương 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG, PHƯƠNGPHÁPNGHIÊN CỨU 21 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 21 2.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 21 2.3 Nội dung nghiên cứu 22 2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 22 2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm 22 2.4 Phương pháp nghiên cứu 23 2.5 Nội dung phương pháp qui hoạch thực nghiệm 24 2.5.1 Thí nghiệm thăm dị 24 2.5.2 Thực nghiệm đơn yếu tố 26 2.5.3 Thực nghiệm đa yếu tố 30 2.5.4 Xác định giá trị hợp lý 39 Chương 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 42 3.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy phay vạn TUM20VS 42 3.1.1 Cấu tạo 42 iii 3.1.2 Nguyên lý hoạt động 44 3.2 Lực cắt công suất cắt phay mặt phẳng dao phay đĩa 44 3.2.1 Cấu tạo dao phay đĩa 44 3.2.2 Lực cắt công suất cắt phay 47 3.3 Những nhân tố ảnh hưởng đến chi phí lượng riêng phay 51 3.4 Những nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt phay 52 3.4.1 Độ nhám bề mặt gia công 52 3.4.2 Các tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công 54 3.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công 55 Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 60 4.1 Chuẩn bị thí nghiệm 60 4.1.1 Chọn mục tiêu nghiên cứu 60 4.1.2 Chọn tham số điều khiển 60 4.1.3 Chuẩn bị thí nghiệm 60 4.2 Kết thí nghiệm thăm dị 60 4.3 Kết thí nghiệm đơn yếu tố 63 4.3.1 Ảnh hưởng yếu tố đến chi phí lượng riêng 63 4.3.2 Ảnh hưởng yếu tố đến độ nhám bề mặt gia công .65 4.4 Kết nghiên cứu đa yếu tố 68 4.4.1 Chọn vùng nghiên cứu giá trị biến thiên thông số đầu vào 68 4.4.2 Thành lập ma trận thí nghiệm 68 4.4.3 Xác định mơ hình tốn thực phép tính kiểm tra 69 4.5 Các trị số công nghệ hợp lý phay mặt phẳng dao phay đĩa máy phay đa TUM20VS 71 KẾT LUẬN - KHUYẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC iv DANH MỤC HÌNH TT Tên hìn 1.1 Máy phay Ferdinan Ferbist p 1.2 Máy phay KTM-3VKF 1.3 Máy phay mã hiệuTAC510 1.4 Máy phay mã hiệu BF-20 1.5 Máy phay mã hiệu UFM 80 DI 1.6 Máy phay mã hiệu STM-2V 1.7 Máy phay mã hiệu MV-65 1.8 Máy phay mã hiệu FV 401 1.9 Máy phay BKMECH VMC 65 3.1 Sơ đồ cấu tạo máy phay TUM2 3.2 Dao phay có cạnh cắt 3.3 Dao phay có hai cạnh cắt 3.4 Dao phay có ba cạnh cắt 3.5 Dao phay nghiêng có ba c 3.6 Các dạng cắt 3.7 Sơ đồ lực tác dụng lên 3.8 Độ nhám bề mặt 4.1 Đồ thị ảnh hưởng góc mài đ riêng 4.2 Đồ thị ảnh hưởng lượng ch lượng riêng 4.3 Đồ thị ảnh hưởng góc mài đ công 4.4 Đồ thị ảnh hưởng lượng ch mặt gia công v DANH MỤC BẢNG TT Tên b 2.1 Mã hoá yếu tố ảnh hưởng 2.2 Ma trận thí nghiệm kế hoạch t yếu tố ảnh hưởng 3.1 Thông số kỹ thuật máy ph 4.1 Tổng hợp kết phân bố thự 4.2 Các đặc trưng phân bố thự 4.3 Tổng hợp kết phân bố thự 4.4 Các đặc trưng phân bố thự 4.5 Mã hố thơng số đầu vào 4.6 Ma trận thí nghiệm kế hoạch t 4.7 Tổng hợp giá trị xử lý đượ 4.8 Tổng hợp giá trị xử lý đượ vi DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Pz Py Lự Lự PH Lự PV Lự p Lự f Ti th A H ch n Số ax C Sz D Lư Đ η H Kn H Nr W C C M M Nd K T Th l C Ra Sa bì C ho sả bì vii Rz sm C B S B Rmax C c Số K K a Số n Số k C xmax, Tr ng S Sa S% H R Ph Sk Đ Ex l Đ Số m Số ∆% Sa Y G Gtt Tí S2max F Ph G N Tổ e K R H T G 67 Phương sai thí nghiệm coi đồng - Kiểm tra mức độ ảnh hưởng yếu tố đầu vào theo Fisher: S2y = 0,09466; Se2 = 0,0028; Ftt= 33,81> Fb= 4,1 Như vậy, ảnh hưởng lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt gia công đáng kể - Xác định mơ hình thực nghiệm đơn yếu tố Từ số liệu thí nghiệm xác định phương trình tương quan: Ra = 1,116 – 2,028.s + 26,29.s2 - Kiểm tra tính tương thích mơ hình Tính tương thích hai mơ hình kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher: Ftt= 2,9 < Fb= 4,1 Mô hình tương thích Từ kết xử lý phụ lục ta xây dựng đồ thị ảnh hưởng lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt gia cơng (hình 4.4) Hình 4.4 Đồ thị ảnh hưởng lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt gia công Nhận xét: Ta thấy lượng chạy dao tăn độ nhám bề mặt tăng Như chương phân tích, lượng chạy dao s>0,15, biến dạng đàn hồi ảnh hưởng yếu tố hình học làm cho độ nhám bề mặt tăng lên.Sự ảnh hưởng lượng ăn dao đến độ nhám bề mặt hàm phi tuyến 68 4.4 Kết nghiên cứu đa yếu tố Từ kết thực nghiệm đơn yếu tố cho thấy qui luật tương quan hàm mục tiêu hàm phi tuyến ta tiến hành kế hoạch thực nghiệm bậc hai 4.4.1 Chọn vùng nghiên cứu giá trị biến thiên thơng số đầu vào Trong q trình thực nghiệm đơn yếu tố, ta xác định mức biến thiên yếu tố ảnh hưởng Bảng 4.5 Mã hố thơng số đầu vào Mức biến thiên Mức Mức sở Mức Khoảng biến thiên Ta có: X1 = X2= 4.4.2 Thành lập ma trận thí nghiệm Bảng 4.6 Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành β−55 10 69 4.4.3 Xác định mơ hình tốn thực phép tính kiểm tra 4.4.3.1 Hàm chi phí lượng riêng Nr - Kiểm tra tính đồng phương sai Tiêu chuẩn Kohren Gtt = 0,3612 Tiêu chuẩn Kohren tra bảng Gb = 0,5728 Gtt< Gb tính đồng phương sai đạt tiêu chuẩn - Phương trình dạng mã hàm Nr : Y1 =13,929+0,202X1–1,326X12–0,694X2+ + 0,250X2X1–0,696X22 - Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số: sử dụng tiêu chuẩn Student, hệ số có nghĩa ttt> tb Giá trị tbα = 0,05; ϕ = N.(n-1) = 18 tb = 1,73 Chúng định không bỏ hệ số để tiện cho việc tìm giá trị tối ưu - Kiểm tra tính tương thích mơ hình - Phương trình dạng thực: Nr=-6,48+0,145.β–1,326.10-2.β2–75,68.s+ + 0,25.s.β–69,6.s2 (4.7) - Kiểm tra khả làm việc mơ hình: m.(N − K* ).S2 + N.(m −1).S2 R =1 − e u=1 N = 9; K = 3; Se2 = 0,323; S2 = 4,611; R2 = 0,78 Vậy R2> 0,75 mơ hình coi hữu ích sử dụng [7] 70 Bảng 4.7 Tổng hợp giá trị xử lý hàm Nr STT 4.4.3.2 Hàm độ nhám bề mặt gia cơng Ra -Kiểm tra tính đồng phương sai Tiêu chuẩn Kohren Gtt = 0,3899 Tiêu chuẩn Kohren tra bảng Gb = 0,5728 Gtt< Gb tính đồng phương sai đạt tiêu chuẩn - Phương trình dạng mã hàm Ra: Y2 =1,477+0,055X1+0,029X12 +0,239X2+0,034X2X1+0,166X22 (4.8) - Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số: sử dụng tiêu chuẩn Student, hệ số có nghĩa ttt> tb Giá trị tbα = 0,05; ϕ = N.(n-1) = 18 tb = 1,73 Chúng định không bỏ hệ số để tiện cho việc tìm giá trị tối ưu - Kiểm tra tính tương thích mơ hình - Phương trình dạng thực: 71 Ra=10,41 +2,85.10-2.β+2,94.10-4.β2+ + 24,47.s+ Bảng 4.8 Tổng STT Y1 1.779 1.659 1.947 2.055 1.702 1.687 1.929 1.126 1.333 - Kiểm tra khả làm việc mơ hình: R2 =1− u=1 N = 9; K = 3; Se2 =0,08757; S2 = 0,3791; R2 = 0,92 Vậy R2> 0,75 mơ hình coi hữu ích sử dụng [7] 4.5 Các trị số công nghệ hợp lý phay mặt phẳng dao phay đĩa máy phay đa TUM20VS Để xác định thông số tối ưu, đề tài lựa chọn phương pháp nhân tử Lagranger Trong hàm mục tiêu hàm chi phí lượng riêng Ta có phiếm hàm: F(X, λ)=Y1+λ(Y2-ε) =13,929+0,202X1–1,326X12–0,694X2+0,250X2X1 - 0,696X22+λ(0,849+0,055X1+0,029X12+ +0,239X2+0,034X2X1+0,166X22) Với ε=0,928 (Ra = Ramin=0,928μm) 72 Giải hệ phương trình ∂F =0  ∂  X1 ∂F =  (4.9) ∂X  ∂ F =0 Ta được: X1= 0,372; X2=-0,058; Thay X1, X2 vào phương trình (4.5), (4.6), (4.8) ta được: β=58,72o; s=0,1442 (mm/v); Nr=13,843 (Wh/cm3); Ra=1,487 (μm) Vận hành máy với thông số hợp lý Sau xác định thông số hợp lý, chúng tơi tiến hành chạy máy với thơng số góc mài β≈60o; lượng chạy dao s≈0,15mm/v Thực 30 lần phay thu kết sau Chi phí lượng riêng Nr=13,605 (Wh/m3) độ nhám bề mặt Ra=1,472 (μm) Sai số: Vậy 73 KẾT LUẬN - KHUYẾN NGHỊ KẾT LUẬN 1.1 Chi phí lượng riêng Nr độ nhám bề mặt gia công Ra phay phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Nhóm yếu tố thuộc chế độ cắt gồm tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt; - Nhóm yếu tố thuộc thơng số hình học dao cắt góc mài, góc nghiêng, bán kính mũi dao… - Các yếu tố thuộc vật liệu 1.2 Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng hai yếu tố góc mài, lượng chạy dao đến Chi phí lượng riêng N r độ nhám bề mặt gia cơng Ra thí nghiệm đơn yếu tố cụ thể là: - Ảnh hưởng góc màiβ đến chi phí lượng riêng Nr độ nhám bề mặt gia cơng thể qua phương trình tốn học: Nr = 19,47– 0,24.β + 0,0022.β2 Ra = 6,17 – 0,17.β + 0,0015.β2 - Ảnh hưởng lượng chạy dao s đến chi phí lượng riêng độ nhám bề mặt gia cơng thể qua phương trình tốn học: Nr = 12,45–9.84.s + 85,24.s2 Ra = 1,116 – 2,028.s + 26,29.s2 1.3 Bằng thí nghiệm đa yếu tố, đề tài xác định quy luật ảnh hưởng đồng thời góc mài β, lượng chạy dao s đến chi phí lượng riêng Nr, độ nhám bề mặt gia cơng Ra: Chi phí lượng riêng Y1 =13,929+0,202X1–1,326X12–0,694X2+0,250X2X1– 0,696X22 - Độ nhám bề mặt Y2 =1,477+0,055X1+0,029X12 +0,239X2+0,034X2X1+0,166X22 - Phương trình dạng thực: Nr= -6,48+0,145.β –1,326.10-2.β2– 75,68.s+0,25.s.β–69,6.s2 74 -2 -4 -2 Ra=10,41 + 2,85.10 β+ 2,94.10 β + 24,47.s+ 3,42.10 s.β+ 16,61.s o Giá trị hợp lý thông số ảnh hưởng: β=60 ; s=0,15 (mm/v) KHUYẾN NGHỊ 2.1 Cần tiếp tục nghiên cứu cách tổng thể phụ thuộc chi phí lượng riêng Nr độ nhám bề mặt gia công Ra vào yếu tố ảnh hưởng khác như: Vật liệu làm lưỡi dao thơng số hình học nó; Vật liệu kích thước chi tiết gia công; chế độ gia công 2.2 Kết đề tài dùng làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ công nghiệp (2002), Chiến lược phát triển ngành khí Việt nam đến năm 2010 tầm nhìn tới năm 2020 Nguyễn Văn Bỉ (2004), "Về việc giải toán tối ưu cơng nghiệp rừng", Tạp chí Nơng nghiệp phát triển nông thôn, 2/2004, pp 266-268 Đinh Minh Diệm (2003), Kỹ thuật khí, Trường đại học kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng 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 Đỗ Thị Làn (2009), Nâng cao độ xác biên dạng bề mặt trụ phay trung tâm gia công VMC-85S, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Thái Nguyên 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 Đặng Nguyệt Minh (2009), Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt tối ưu phay mặt phẳng dao phay mặt đầu gang cầu có bơi trơn tối thiểu, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Thái Nguyên Ngô Đức Hạnh (2008), Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính rung động tự kích thích ảnh hưởng bước tiến dao đến tăng trưởng 76 q trình cắt kim loại với trợ giúp máy tính, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Thái Ngun 10 Đỗ Như Hồng (2009), Ảnh hưởng bơi trơn làm nguội tối thiểu tới mòn dao độ nhám bề mặt chi tiết phay phẳng thép 65G tơi dao phay mặt đầu Cácbít, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Thái Nguyên 11 Bùi Đức Hùng (2009), Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt, góc nghiêng bề mặt gia công đến tuổi bền dao phay đầu cầu phủ Tialn gia công khuôn thép R12MOV qua tôi, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Thái Nguyên 12 Phạm Đình Tân (2004), Nguyên lý cắt dụng cụ cắt, Nxb Giáo dục, Hà Nội Tiếng Nga 13 Абрамов.Ф.Н, Коваленко.В.В, Любимов.В Е(1983),Справочник по обрабoтке металлов резанием,Изд.Техника,Киев 14 Антонюк.B.C Даценко М А Усачев П А (2009), Моделирование сил резания при контурном фрезеровании концевыми фрезами, Н Т.У УКРАИНЫ 15 Баграмов.В.П,Колокатов.А.М (2000), Расчет режимов резания при фрезеровании, МГАУ, МОСКВА 16 Гнитько.А.H Нечепаев.В.Г (2007), Эффективность применения устроиств Удаления стужки при фрезеровании закрытых профильных пазов, Труды О П У 77 17 Кородецкий.И,С требуляев.С.Н (2009),Исследование автоколебаний Динамической системы фрезерного станка с не линейным элементом, ННГУ 18 Грановский.Г.И,Грановский.В.Г(1985),Резание металлов,изд.Высшая школа,Москва 19 Гурин В Д (2004), Повышение надежности фрезернования сталей за счет диагностирования состояния инструмента по силовым диагнотическим признакам Диссертация К Т Н Москва 20 Гурин.В,Д, (2011), Повышение эффективности фрезерования на станках с чпу путём комлексного диагнотирования состояния инструмента в реальном времени , МГТУ 21 Жиляев Е В (2009), Влияние конструктивно-технологических факторов процесса фрезерования на качество обработки деталей низа обуви Диссертация К Т Н ГОУ ВПО ЮРГУЭС 22 Кирилин.Ю.В(2006),Совершенствование несуших систем фрезерных станков Диссертация Д Т Н Ульяновск 23 Кирюшин.Д.Е(2007), Повышение производительности торцевогo фрезе- рования титановых сплавов за счёт применения высокоскоросного резания,CГТУ 24 Ковалевский.А.В(2010),Фрезерование деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе Омский ПТУ 25 ЛобановА А (2006), Исследование процесса фрезерования закаленной стали Диссертация К Т Н Москва 26 Рудина.И.А (2006), Повышение эффективности обработки плоских поверхностей деталей машин дисертацияК.Т.Н.ДонНТУ 78 27 Оролов.А Н (2005), Повышение виброустойчивости фрезерования на основе использования торцовых фрез переменной жескости Диссертация.K.T.H.Тула 28 ПлавникС Л (2004), Повышение надежности процесов изготовления деталей фасонным фрезерованием Диссертация К Т Н СанкПетебург 29 Полякова Е В (2010), Технологические воможности повышения производительности и качества обработки плоских поверхностей деталей машин Диссертация К Т Н Москва 30 Резницкий Л М (1958), Механическая обработка закалённых сталей МАШГИЗ 31 Розенберг.Ю.А.( 1957),Влияние главного угла на плане на главную составляющую силу резания Томский ПТУ 32 Хасан Аль-Дабак (2011), Повышение качества обработки за счет разработки применения сверлильно-фрезерных патронов Автореферат диссертаций К Т Н Москва PHỤ LỤC ... CAO THẾ BÌNH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THƠNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY MẶT PHẲNG BẰNG DAO PHAY ĐĨA TRÊN MÁY PHAY TUM20VS Chuyên ngành:Kỹ thuật máy thiết bị... tài: "Nghiên cứu số thơngsố ảnh hưởng đến chi phí lượng riêng độ nhám bề mặt phay mặt phẳng dao phay đĩa máy phay đa TUM20VS" 21 Chương MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG, PHƯƠNGPHÁPNGHIÊN CỨU... 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung: Xác định qui luật mức độ ảnh hưởng yếu tố góc mài ,lượng chạy dao? ?ến chi phí lượng riêng độ nhám bề mặt phay mặt phẳng bằng dao phay đĩa máy phay TUM 20VS.Từ