4. Ý nghĩa của đề tài
3.2.3. Xác định miền qui hoạch
Xác định miền qui hoạch theo ba bước sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
-Tiến hành thực nghiệm thăm dò để kiểm tra khả năng điều chỉnh các thông số chế độ cắt của máy và sự phù hợp của dải chế độ cắt (đã chọn sơ bộ) với yêu cầu về độ chính xác và độ nhám bề mặt gia công khi tiện tinh thép 9XC qua tôi.
- Xây dựng bảng các mức và khoảng thay đổi các thông số chế độ cắt.
Bảng 3.1. Ma trận quy hoạch trung tâm hợp thành đối xứng với 3 thông số ảnh hưởng.
TTTN Giá trị mã hoá của các thông số ảnh hưởng
x1 x2 x3 1 -1 -1 -1 2 +1 -1 -1 3 -1 +1 -1 4 +1 +1 -1 5 -1 -1 +1 6 +1 -1 +1 7 -1 +1 +1 8 +1 +1 +1 9 +α 0 0 10 -α 0 0 11 0 +α 0 12 0 -α 0 13 0 0 +α 14 0 0 -α 15 0 0 0 3.3. Hệ thống thiết bị thí nghiệm. 3.3.1. Máy thí nghiệm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Thông số kỹ thuật:
Mã số: G-4808-7 Sản phẩm (VN) : MÁY TIỆN CNC HTC 2050 Sản phẩm (ENG) : LATHE HTC 2050 Nhãn hiệu : HTC 2050 Xuất xứ : CHINA Chi tiết sản phẩm :
MÁY TIỆN CNC HTC 2050 Đường kính mâm cặp: 210mm Đường kính tiện được Max: 260mm Chiều dài tiện được Max: 500mm Đường kính lỗ thông trục: 55mm Kiểu mũi trục: A2-5
Tốc độ trục chính: 45-4000 v/p
Hình thức giá đao: giá đao nằm 8 đầu dao
Hệ điều hành FANUC OI-MATE hoặc Guangzhou GSK980T
Máy tiện dòng cao cấp ụ động thủy lực, mâm cặp thủy lực rỗng, gia công các chi tiết phức tạp với độ chuẩn xác cao.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.7. Hệ thống thiết bị thí nghiệm
3.3.2. Vật liệu thí nghiệm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.8. Phôi thí nghiệm
- Thép 9XC nhiệt luyện đạt độ cứng (55 57) HRC.
- Kết quả phân tích quang phổ mẫu thí nghiệm có thành phần hóa học như sau:
Bảng 3.2. Thành phần hoá học của mẫu thí nghiệm thép 9XC.
Ng/ tố C Si P Mn Ni Cr Mo % 0.8623 1.2351 0.0241 0.58613 0.03216 1.113 0.01917 Ng/ tố V Cu W Ti Al Fe
% 0.14987 0.28763 0.1768 0.0299 0.0011 95.4722
3.3.3. Dao
* Mảnh dao: mảnh dao PCBN: TPGN 160308 T2001, EB28X (hình 3.9)
Các thông số cơ bản (tra theo Catalog PCD/PCBN Cutting Tools của EHWA Diamond Industrial Co., LTD)
= 110; = -110 (góc tạo thành khi đã gá mảnh lên thân dao) L = 16 mm; I.C = 9,25 mm; T = 3,18 mm; R = 0,8 mm. Hàm lượng CBN: 50%; chất dính kết TiC; cỡ hạt: 2m.
(T- mảnh tam giác, P - góc sau 110, G- cấp dung sai của mảnh, N - kiểu cơ cấu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
* Thân dao: sử dụng thân dao: MTENN 2020 K16-N (hãng CANELA) (hình vẽ 3.10).
Hình 3.10. Thân dao MTENN 2020K16-N (hãng CANELA)
3.3.4. Chế độ cắt
Các bộ thông số V, S, t được lựa chọn, sử dụng tuỳ thuộc vào yêu cầu thí nghiệm, đồng thời thay đổi theo mô hình nghiên cứu.
3.3.5. Hệ thống đo lường
3.3.5.1. Thiết bị đo nhám bề mặt.
- Model: SJ - 201. Hãng Mitutoyo (Nhật Bản)
- Kiểu đo trực tiếp bằng đầu dò các thông số Ra, Rz, Rt,... - Tiêu chuẩn: ISO, DIN, JIS, ANSI
- Hiển thị: LCD
- Bộ chuyển đổi A/D: RS - 232
- Độ phân giải: 0,32 m/ 300 m; 0,08 m/ 75 m; 0,04 m/9,4 m - Phần mềm điều khiển và sử lý số liệu MSTATw324.0
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.11. Máy đo độ nhám bề mặt SJ – 201.
3.3.5.2. Kính hiển vi điện tử
Sử dụng kính hiển vi điện tử, TM-1000 Hitachi, Nhật Bản, có độ phóng đại 10000 lần (Khoa vật lý Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên).
Hình 3.12. Kính hiển vi điện tử TM-1000
3.3.5.3. Máy chụp ảnh SEM( Scaning Electron Microscope)
Sử dụng máy JSM-63602LV( DiaVAC Limited), Serial No:MP
18300036- Nhật Bản(Center of Materials & Failure Analysis (COMFA)The 5th floor, B1 Building, 18 Hoang Quoc Viet Str,Cau Giay Dst., Ha Noi, Viet Nam.)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ
4.1. Các bước nghiên cứu tối hóa quá trình tiện lỗ thép 9XC qua tôi.
Mục tiêu của đề tài là khảo sát mòn và chất lượng bề mặt khi tiện tinh lỗ thép 9XC qua tôi bằng dao PCBN nhằm nâng cao chất lượng bề mặt (độ nhám bề mặt, độ cứng tế vi, ứng suất dư) và độ chính xác gia công (kích thước, hình dáng hình học). Để khảo sát đầy đủ và chính xác các đại lượng trên khi mài cần phải thực hiện nhiều thí nghiệm và đòi hỏi đầy đủ thiết bị đo hiện đại.
Trong điều kiện cho phép đề tài khảo sát hai đại lượng đặc trưng quan trọng là: độ nhám bề mặt, và mòn dụng cụ cắt khi tiện tinh lỗ thép 9XC qua tôi.
Sơ đồ khối cấu trúc và sử dụng phần mềm Matlab viết chương trình hồi quy và tối ưu như hình 4.1.
4.1.1. Các hàm mục tiêu khi tiện tinh lỗ thép 9XC qua tôi.
Từ những định hướng nghiên cứu tối ưu khi tiện lỗ thép 9XC qua tôi, nghiên cứu thực nghiệm được xác định với các hàm mục tiêu sau:
- Độ nhám bề mặt: Ra = Ra(t, S, V) min; Rz = Rz(t, S, V) min.
- Khảo sát mòn dụng cụ.Tm = Tm(t, S, V) min
Để thực hiện khảo sát hàm mục tiêu cần xác định dạng hàm hồi quy cho các đại lượng trên.
4.1.2. Chọn dạng hàm hồi quy.
Quá trình tiện cứng bằng dao gắn mảnh PCBN là một quá trình gia công phức tạp, có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cắt. Việc chọn dạng hàm hồi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
quy bậc nhất và bậc hai không đầy đủ không phù hợp với quá trình nghiên cứu thực nghiệm.
Do vậy, tác giả sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trên cơ sở lý thuyết thực nghiệm (chương 3) với dạng hàm khảo sát là hàm hồi quy dạng mô hình thống kê bậc hai dạng đầy đủ k nhân tố, đảm bảo phản ánh trung thực quy luật, độ chính xác và tin cậy của các kết quả thực nghiệm.
Hàm hồi quy bậc hai có dạng:
k j ij j i j i ij k j j j j b b x b x x b x x f Y 2 1 0 . . . . ) (
Hệ số của phương trình hồi quy được xác định theo công thức:
n i ij n i i ij j x y x b 1 2 1 .
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 4.1. Sơ đồ cấu trúc chương trình phần mềm hồi quy và tối ưu hóa.
Ta gọi x1 , x2 , x3 là các biến tương đương với các thông số chế độ cắt của quá trình tiện lỗ: chiều sâu cắt t(mm), lượng chạy dao ngang S(mm/vòng), vận tốc cắt V(m/phút). Trên cơ sở các điều kiện biên (khả năng công nghệ của máy, vật liệu gia công, dao tiện...) và tham khảo sự lựa chọn của các đề tài nghiên cứu trước đó nhằm tìm ra mối quan hệ giữa các thôn số về nhám bề mặt (Ra, Rz) với các thông số chế độ cắt khi tiện tinh lỗ thép 9XC qua tôi như sau:
Khoảng chế độ cắt sơ bộ khi tiện tinh lỗ thép 9XC qua tôi bằng dao gắn mảnh PCBN.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Lượng chạy dao ngang: S = 0,05 0,07 (mm/vòng). - Vận tốc cắt: V = 140 180 (m/phút)
Thông thường vector thông số vào tại mức cơ sở X0 = [X01, X02...X0n] chỉ ra trong không gian yếu tố một điểm đặc biệt theo nghĩa nào đó gọi là tâm miền quy hoạch, mà trong vùng quanh nó phân bố toàn bộ các điểm kế hoạch. Thông thường các tọa độ X0
i của vector X0 chọn theo công thức: [9]
2 2 max min 0 i i itren iduoi i X X X X X
Cùng với khái niệm mức thông số (vào), có khái niệm khoảng (bước) thay đổi thông số vào:
2 iduoi itren i X X X
Giá trị mã hóa của thông số là đại lượng không thứ nguyên, quy đổi chuẩn hóa từ các mức giá trị thực của thông số nhờ quan hệ: [9]
i i i i X X X x 0 (i = 1,2,...,n).
Trong đó: Xi – giá trị thực tế của thông số vào thứ i.
xi – giá trị mã hóa (đã chuẩn hóa) của thông số vào thứ i. Do vậy, các mức trên và dưới của các biến được xác định, chuyển về hệ toạ độ không thứ nguyên với cánh tay đòn = 1.215, xác định từ bảng tính sẵn các giá trị cần thiết của quy hoạch hợp Box – Wilson [5]. Ta lập được bảng giá trị mã hóa.
Bảng 4.1. Giá trị mã hóa và giá trị thực ở các mức của các thông số.
Các mức Giá trị mã hóa
Các thông số ảnh hưởng (giá trị thực)
t (mm) S (mm/vg) V(m/ph)
Giới hạn trên + 0,104 0,094 186,4 Mức trên +1 0,10 0,09 180 Mức cơ sở 0 0,08 0,07 150 Mức dưới -1 0,06 0,05 120
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Giới hạn dưới - 0,056 0,046 113,5 Khoảng thay đổi Xi 0,02 0,02 30
Sau khi đã xác định được khoảng thí nghiệm như kết quả bảng 4.3, để quy hoạch thực hiện theo hợp Box – Wilson. Ta tiến hành lập ma trận thí nghiệm như bảng 4.2.
Bảng 4.2. Ma trận thí nghiệm khi tiện cứng thép 9XC
TTTN x1 x2 x3 t(mm) S(mm/vg) V(m/ph) 1 -1 -1 -1 0.06 0.05 120 2 +1 -1 -1 0.10 0.05 120 3 -1 +1 -1 0.06 0.09 120 4 +1 +1 -1 0.10 0.09 120 5 -1 -1 +1 0.06 0.05 180 6 +1 -1 +1 0.10 0.05 180 7 -1 +1 +1 0.06 0.09 180 8 +1 +1 +1 0.10 0.09 180 9 + 0 0 0.104 0.07 150 10 - 0 0 0.056 0.07 150 11 0 + 0 0.08 0.094 150 12 0 - 0 0.08 0.046 150 13 0 0 + 0.08 0.07 186.4 14 0 0 - 0.08 0.07 113.5 15 0 0 0 0.08 0.07 150
4.2. Tối ưu hóa quá trình tiện lỗ thép 9XC qua tôi bằng dao gắn mảnh PCBN. PCBN.
4.2.1. Xây dựng thuật toán quy hoạch thực nghiệm.
Sử dụng phần mềm Matlab lập trình với chương trình hồi quy và tối ưu hóa theo sơ đồ khối thuật toán hình 3.3; hình 3.4, cấu trúc thực hiện chương trình như hình 4.1 với khoảng giá trị các nhân tố khảo sát như bảng 4.2 ta tiến hành nghiên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
cứu tiện tinh thép 9XC qua tôi bắng dao gắn mảnh PCBN, kết quả này được thống kê theo bảng 4.3
4.2.2. Xác định hàm hồi quy.
Sau khi đã lập trình xây dựng thuật toán và chạy chương trình, phần mềm Matlab cho kết quả các hàm hồi quy bậc 2 như sau:
Bảng 4.3. Kết quả thí nghiệm tiện tinh lỗ thép 9XC qua tôi bằng dụng cụ cắt gắn mảnh PCBN. STT x1 x2 x3 T S V Ra Rz (mm) (mm/vg) (m/ph) (m) (m) 1 -1 -1 -1 0.06 0.05 120 0.39 2.16 2 +1 -1 -1 0.1 0.05 120 0.29 1.64 3 -1 +1 -1 0.06 0.09 120 0.24 1.34 4 +1 +1 -1 0.1 0.09 120 0.24 1.43 5 -1 -1 +1 0.06 0.05 180 0.13 0.90 6 +1 -1 +1 0.1 0.05 180 0.15 0.92 7 -1 +1 +1 0.06 0.09 180 0.55 2.36 8 +1 +1 +1 0.1 0.09 180 0.28 1.49 9 + 0 0 0.104 0.07 150 0.28 1.31 10 - 0 0 0.056 0.07 150 0.39 1.67 11 0 + 0 0.08 0.094 150 0.23 1.36 12 0 - 0 0.08 0.045 150 0.08 0.67 13 0 0 + 0.08 0.07 186.45 0.43 2.24 14 0 0 - 0.08 0.07 113.55 0.49 2.50 15 0 0 0 0.08 0.07 150 0.48 2.24 a. Xác định hàm hồi quy.
Sau khi đã lập trình xây dựng thuật toán và chạy chương trình, phần mềm
Matlab cho kết quả các hàm hồi quy bậc 2 như sau:
Kết quả nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm và tối ưu khi tiện cứng thép 9XC bằng mảnh PCBN:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Thoi gian chay chuong trinh:03-Aug-2010
*************************************************************** Ket qua hoi qui voi do tin cay 95 phan tram la:
Phuong trinh Hoi qui tuyen tinh cap II co dang:
y=b0+b1*x1+b2*x2+b3*x3+b12*x1*x2+b13*x1*x3+b23*x2*x3+b11*x1^2+ b22*x2^2+b33*x3^2
CAC HE SO HOI QUI CUA NHAM BE MAT Ra: b0 = -20.766318 b1 = -1.547840 b2 = -67.104416 b3 = -28.553695 b12 = -0.761707 b13 = -0.478202 b23 = 5.870212 b11 = -0.289217 b22 = -6.761633 b33 = 4.280353 He so xac dinh R^2 = 0.930072
Gia tri ham so thong ke de kiem dinh gia thiet F0 = 7.389160 va gia tri p-value = 0.020152
Kiem dinh ket qua CAC SO THONG KE
Phan bo Student voi muc y nghia 0.05 bac tu do 2 t_anpha =2.919986
Phan bo F voi muc y nghia 0.01 bac tu do 5 va 2 F_anpha = 99.415852
Phuong sai du:0.026223
Phuong sai tai sinh (binh phuong)=NaN
t(1)=NaN > t_anpha=2.919986, He so beta(1) co nghia t(2)=NaN > t_anpha=2.919986, He so beta(2) co nghia t(3)=NaN > t_anpha=2.919986, He so beta(3) co nghia
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
t(4)=NaN > t_anpha=2.919986, He so beta(4) co nghia t(5)=NaN > t_anpha=2.919986, He so beta(5) co nghia t(6)=NaN > t_anpha=2.919986, He so beta(6) co nghia t(7)=NaN > t_anpha=2.919986, He so beta(7) co nghia t(8)=NaN > t_anpha=2.919986, He so beta(8) co nghia t(9)=NaN > t_anpha=2.919986, He so beta(9) co nghia t(10)=NaN > t_anpha=2.919986, He so beta(10) co nghia ---
---KIEM TRA y^:----
F^=S^2du/S^2ts =7.389160<F(anpha) = 99.415852, Mo hinh phu hop ---
SAU KHI MU HOA- Nham be mat co quan he theo dang: Ra= e^(-20.766318-1.547840*lnt-67.104416lnS-28.553695lnV- 0.761707lnt*lnS-0.478202lnt*lnV+5.870212lnS*lnV-0.289217lnt^2- 6.761633lnS^2+4.280353lnV^2)
---
b. Xác định hàm mục tiêu tối ưu.
Thoi gian chay chuong trinh:03-Aug-2010 NHAM BE MAT Ra:
---
SAU KHI MU HOA- Nham be mat co quan he theo dang: Ra= e^(-20.766318-1.547840*lnt-67.104416lnS-28.553695lnV- 0.761707lnt*lnS-0.478202lnt*lnV+5.870212lnS*lnV-0.289217lnt^2- 6.761633lnS^2+4.280353lnV^2)
--- Ham muc tieu hoi tu Nham be mat Ra dat min tai: t = 0.1040
S = 0.0450 V = 186.500 Ramin = 0.059606 So buoc lap :6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn