1. 4T ng quan tình hình nghiên cổ ứu trong và ngoài nước về gia công gia nh it 20 ệ
4.6.1 Nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông s công ngh ốệ đến rung động quá trình
B ng 4. 39 M ng tr c giao L9 và k t qu ả ả ự ế ả biên độ rung động khi gia công thông thường TN s ố V (m/phút) f (mm/phút) t (mm) AXY-R(dB) S/N 1 190 230 0,5 158,386 -43,9943 2 190 305 1 174,741 -44,8479 3 190 380 1,5 176,233 -44,9218 4 235 230 1 158,354 -43,9926 5 235 305 1,5 174,080 -44,8150 6 235 380 0,5 163,347 -44,2622 7 280 230 1,5 157,329 -43,9362 8 280 305 0,5 150,093 -43,5272 9 280 380 1 166,246 -44,4150
119
Nghiên c u th c nghiứ ự ệm biên độ rung động quá trình cắt khi gia công thông thường (AXY-R) với mảng trực giao L9 được thiế ế theo phương pháp Taguchi được kết quả như t k Bảng 4. 39. Tỷ ố s S/N mỗi thí nghi m cho chệ ỉ tiêu đánh giá biên độ rung động thấp hơn tốt hơn được xác định theo công thức (4. 1) và (4. 3).
T s ỷ ốS/N của từng tham số điều khi n v i 3 mể ớ ức đ như ảng 4. ộ B 40. Hình 4. 22 trình bày ảnh hương của tỷ ố s S/N các thông sốcông nghệ đến biên độ rung động quá trình cắt khi gia công thông thường. Kết quảcho thấy, bộtham sốcông nghệ ối ưu cho t biên độ rung động nh nh t là: ỏ ấ
A3B1C1 tương ứng với V = 280 m/phút, f = 230 mm/phút, t = 0,5 mm.
B ng 4. 40 T s ả ỷ ố S/N mỗi mức độ cho ch ỉ tiêu độ nhám b mề ặt khi gia công thông thường Tham số T s S/N cho mỷ ố ỗi mức độ
1 2 3 A -44.59 -44.36 -43.96* B -43.97* -44.40 -44.53 C -43.93* -44.42 -44.56 *) Mức độ ối ưu t -44.7 -44.6 -44.5 -44.4 -44.3 -44.2 -44.1 -44.0 -43.9 -43.8 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 V (m/phút) f (mm/phút) t (mm) Trung bình A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 S/ N
Hình 4. 22 Ảnh hưởng c a t s S/N các thông s công ngh ủ ỷ ố ố ệ đến biên độ rung động quá trình cắt khi gia công thông thường
Mô hình biên độ rung động quá trình cắt khi gia công thông thường tại nhiệt độ phòng ph thuụ ộc bộtham số công ngh (V, f, t) có d ng: ệ ạ
(4. 36) Trong đó: a8 và b8, c8, d8 theo th t ứ ựlà hệ ố s và các số mũ được xác định từthực nghiệm.
Để xây d ng mô hình ự biên độ rung động quá trình cắt khi gia công thông thường, nghiên c u sứ ử dụng phương pháp tìm hàm hồi quy phi tuyến Gauss – Newton. Phương pháp này được tích hợp trong công cụ Nonlinear Regression c a phủ ần mềm Minitab 17. Mảng tr c giao L9 và k t quự ế ả biên độ rung động quá trình cắt khi gia công thông thường
120
được trình bày như ả B ng 4. 39 được sử d ng là dữ liụ ệu đầu vào của phương pháp. Với dữ liệu 9 điểm thí nghiệm khi gia công thông thường, giá trị h s và các số mũ cệ ố ủa phương trình (4. 36) được xác định như Bảng 4. 41. Hàm hồi quy phi tuyến độ nhám bề mặt tìm được như phương trình (4. 37).
B ng 4. 41 H s và s ả ệ ố ố mũ của mô hình biên độ rung động khi gia công thông thường H sệ ố/số mũ a8 b8 c8 d8
Giá trị 212,165 -0,178 0,126 0,066
= , , , , (4. 37)
Độchính xác c a mô hình ủ biên độrung động quá trình cắt khi gia công thông thường được đánh giá bằng sai số khi so sánh với dữ li u thí nghiệm như B ng 4. 42. Sai số c a ệ ả ủ biên độ rung động xác định từ phương trình ( 37) 4. so với d ữ liệu th c nghiự ệm được tính theo công thức dưới đây:
A (%) = A A
A × 100% (4. 38)
Trong đó AXY-PT và AXY-TNtheo thứ ự t là giá trị biên độ rung động xác định từ phương trình và thực nghiệm.
B ng 4. 42 Sai s mô hình ả ố biên độ rung động khi gia công thông thường
TN số AXY-R-TN AXY-R-PT ΔAXY (%) TN số AXY-R-TN AXY-R-PT ΔAXY (%) 1 158,386 158.214 0,1 6 163,347 162.310 0,6 2 174,741 171.631 1,8 7 157,329 158.761 0,9 3 176,233 181.249 2,8 8 150,093 153.015 1,9 4 158,354 159.468 0,7 9 166,246 164.688 0,9
5 174,080 169.737 2,5 - - - -
Kết quả ảng 4. B 42 cho thấy sai số ớn nhất của biên độ rung độ l ng xác định từmô hình khi so sánh với giá trị thực nghiệm là 2,8% tại thí nghiệm số 3. Như vậy mô hình biên độ rung động xây dựng được khi gia công thông thường thép SKD11 như phương trình (4. 37) có độtin cậy cao.
T ừ phương trình (4. 37), b ng công cằ ụ ủa phần mề c m Maple, đồ thị biểu di n mễ ối quan hệ giữa biên độ rung động với các thông s công ngh (V, f, t) khi gia công thép ố ệ SKD11 tại nhiệ ột đ phòng được thể hiện nhưHình 4. 23. Trong đóHình 4. 23a, b, c theo thứ ự t là đồ thị biên độ rung động khi cố nh V, cố nh f và cố nh t. K t quđị đị đị ế ả cho thấy biên độ rung động tăng khi f tăng và t tăng. Biên độ rung động giảm khi V tăng.
121 V (m/phút) t (mm) f (mm/phút) a) Cố định V f (mm/phút) t (mm) V (m/phút) b) Cố định f c) Cố định t
Hình 4. 23 M i quan h giố ệ ữa biên độ rung động quá trình c t và các thông s công ngh ắ ố ệ khi gia công thông thường
4.6.2 Nghiên cứu m i quan hố ệ giữa các thông sốcông nghệ đến biên đ rung độộ ng khi
gia công thép SKD11 trong môi trường gia nhiệt bằng c m ả ứng điện t ừ
Mảng trực giao L9 khi gia công thép SKD11 trong môi trường gia nhi t bằng c m ệ ả ứng điệ ừ được thiết kế tn t heo phương pháp Taguchi và kết quảthực nghiệm biên độ rung động quá trình cắt (AXY-T) được trình bày như ảB ng 4. 43. Tỷ s ốS/N thấp hơn tốt hơn cho chỉ tiêu đánh giá độ nhám b mề ặt được xác định theo công thức (4. 1) và (4. 3).
B ng 4. 43 M ng tr c giao L9 và k t qu ả ả ự ế ả biên độ rung động khi gia công gia nhi t ệ TN số V (m/phút) f (mm/phút) t (mm) T (oC) AXY-T(dB) S/N 1 190 230 0,5 200 141,601 -43,0213 2 190 305 1 300 147,405 -43,3702 3 190 380 1,5 400 148,931 -43,4597 4 235 230 1 400 141,919 -43,0408 5 235 305 1,5 200 151,139 -43,5876 6 235 380 0,5 300 139,388 -42,8845 7 280 230 1,5 300 148,343 -43,4254 8 280 305 0,5 400 137,004 -42,7346 9 280 380 1 200 147,632 -43,3836
Bảng 4. 44 trình bày kết qu ả ANOVA cho kết quả biên độ rung động khi gia công thép SKD11 trong môi trường gia nhiệt AXY-T. Kết quả cho th y trong gia công gia nhiấ ệt thì chiều sâu cắt có ảnh hưởng l n nhớ ấ ến biên đột đ rung động 81,4%, ti p theo là nhiế ệ ột đ h ỗ trợquá trình cắt 13,6%, bước tiến và chi u sâu cề ắt ảnh hưởng không đáng kể. Hình 4. 24 cho thấy ảnh hưởng tỷ ệ l S/N của các tham số điều khiển đến chỉ tiêu đánh giá biên độ rung động khi gia công gia nhi t. B tham số ệ ộ điều khi n tể ối ưu là:
122
B ng 4. 44 K t qu ả ế ả ANOVA cho biên độ rung động quá trình cắt AXY-T
Tham số T s ỷ ốS/N mỗi mức độ Tổng bình phương Phần trăm ảnh hưởng
1 2 3 A -43.28 -43.17* -43.18 6.112 0,032 B -43.16* -43.23 -43.24 3.383 0,018 C -42.88* -43.26 -43.49 157.371 0,814 D -43.33 -43.23 -43.08* 26.350 0,136 t *) Giá trị ối ưu
-43.6 -43.5 -43.4 -43.3 -43.2 -43.1 -43.0 -42.9 -42.8 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 V (m/phút) f (mm/phút) t (mm) T (độ C) Trung bình A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 S/ N
Hình 4. 24 Ảnh hưởng t s ỷ ố S/N của các tham s ố điều khiển đến ch ỉ tiêu đánh giá AXY-T
Mô hình biên độ rung động khi gia công thép SKD11 trong môi trường gia nhiệt bằng cảm ứng từ ph thuụ ộc bộtham sốcông ngh (V, f, t) và nhiệ ệ ột đ h ỗtrợquá trình gia công (T) được miêu tả theo công thức:
= (4.39)
Trong đó, a9 và b9, c9, d9, e9là hệ ố s và các số mũ xác định t ừthực nghiệm.
Để xây d ng mô hình ự biên độ rung động khi gia công t i nhiạ ệt độ cao khác nhau, phương pháp tìm hàm hồi quy phi tuyến Gauss – Newton được sử dụng. Phương pháp này được ứng d ng trong công c Nonlinear Regression cụ ụ ủa ph n mềm Minitab 17. M ng trầ ả ực giao L9, kết quả độnhám bề mặt thu được từthực nghiệm được trình bày như ảB ng 4. 43 được sử d ng là dữ liụ ệu đầu vào của phương pháp.Với dữ liệu 9 điểm thí nghiệm tại nhiệt độ cao, giá trịcác hệ s và s ố ố mũ thu được như ả B ng 4. 45.
B ng 4. 45 H s và s ả ệ ố ố mũ của mô hình biên độ rung động khi gia công gia nhi t ệ
H sệ ố/số mũ a9 b9 c9 d9 e9
Giá trị 196,335 -0,032 0,019 0,064 -0,041
Hàm hồi quy phi tuyến biên độ rung động khi phay thép SKD11 có gia nhiệt được xác định như phương trình dưới đây:
123
Độ chính xác c a mô hình ủ biên độrung động khi gia công gia nhiệt được đánh giá bằng sai s khi so sánh vố ới dữ liệu thí nghiệm như ả B ng 4. 46. Trong đó sai số ủa biên độ c rung ng độ được xác định từ phương trình (4.40) so với dữliệu th c nghiự ệm được tính theo công thức (4. 38). Kết qu cho th y, sai sả ấ ố lớn nhất là 6,6% ở thí nghiệm số 9. Như vậy mô hình biên độ rung động gia công gia nhi t xây dệ ựng đượ có độc tin cậy cao.
B ng 4. 46 Sai s mô hình nhám b m t khi so sánh vả ố độ ề ặ ới dữ liệu thực nghi m ệ TN số AXY-T-TN AXY-T-PT ΔAXY(%) TN số AXY-T-TN AXY-T-PT ΔAXY(%)
1 141,601 145.60 2,8 6 139,388 139.631 0,2 2 147,405 146.355 0,7 7 148,343 155.593 4,9 3 148,931 142.981 4,0 8 137,004 136.676 0,2 4 141,919 142.923 0,7 9 147,632 137.891 6,6
5 151,139 151.688 0,4 - - - -
T ừ phương trình (4.40), bằng công cụ ủa phần mềm Maple, đồ c thị biểu di n mễ ối quan hệ giữa biên độ rung động ph thuụ ộc tham số công nghệ tại các nhiệt độ cao khác nhau được thể hiện trên Hình 4. 25. Trong đó Hình 4. 25a, b, c theothứ ự là đồ t thị biên độ rung động khi cố định V, cố định f và cố định t. K t quế ảcho th y khi nhiấ ệ ột đ h ỗ trợ quá trình cắt càng cang thì biên độ rung động càng gi m. Khi chiả ều sâu cắt tăng thì biên độ rung động tăng. Khi bước tiến tăng thì biên độ rung động tăng. Khi tốc độ ắ c t tăng thì biên độ rung động giảm. V (m/phút) a) Cố định V f (mm/p hút) t (mm) t (mm) V (m/phút) f (mm/p hút) b) Cố định f c) Cố định t 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Hình 4. 25 Đồ thị biên độ rung độ ng ph c thu c thông s công ngh khi gia công gia nhi t ụ ộ ố ệ ệ
(Đồ thị được ký hiệu 1, 2, 3 tương ng là đ thị biên độ rung động khi gia công tại 200ứ ồ oC, 300oC, 400oC)
Hình 4. 26là đồ thị biên độ rung động quá trình cắt khi gia công thông thường và gia công gia nhiệt tại các thí nghi m khác nhau. K t qu cho thệ ế ả ấy biên độ rung động khi gia công gia nhi t giệ ảm so với biên độ rung động khi gia công thông thường. Tuy nhiên, độ giảm biên độ rung động của các thí nghi m không lệ ớn và tương đố ồi đ ng đều. Qua đó cho thấy sự ổn định của hệ thống công nghệ: máy, dao, đồ gá, đồng thời cũng cho thấy sự n ổ định hơn của quá trình gi công khi có sa ự ỗ ợ ủ h tr c a nhiệt độcao.
124 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Gia công thông thường Gia công gia nhiệt
Thí nghiệm số
AX-Y(dB)
Hình 4. 26 Đồ thị biên độ rung động khi gia công thông thườ ng và gia công gia nhi t ệ
4.7 Kết luận chương 4
Chương 4 đã trình bày nghiên cứu về m i quan hệ gi a các tham số u vào: tốố ữ đầ c độ cắt, tốc độchạy dao, chi u sâu c t và nhiề ắ ệ ột đ cao hỗtrợquá trình c t và các thông sắ ố đầu ra: lực cắt, hệ s ố co rút phoi, độnhám bề ặt, biên độ rung động quá trình c t khi gia công m ắ tại các điều kiện khác nhau.
Bài toán tối ưu hóa đơn thông số đã được giải quyết cho t ng thông sừ ố đầu ra cụ thể như sau:
+ Khi gia công thông thường:
- Chỉtiêu lực cắt: V = 280 m/phút, f = 230 mm/phút, t = 0,5 mm.
- Chỉtiêu hệ ố s co rút phoi: V = 280 m/phút, f = 380 mm/phút, t = 0,5 mm - Chỉ tiêu độ nhám b m t: V = 280 m/phút, f = 230 mm/phút, t = 0,5 mm. ề ặ - Chỉ tiêu biên độ rung động: V = 280 m/phút, f = 230 mm/phút, t = 0,5 mm.
+ Khi gia công gia nhi t ệ
- Chỉtiêu lực cắt: V = 280 m/phút, f = 230 mm/phút, t = 0,5 mm, T = 400oC.
- Chỉtiêu hệ ố s co rút phoi V = 235 m/phút, f = 380 mm/phút, t = 0.5 mm, T = 200: oC - Chỉ tiêu độ nhám b mề ặt: V = 280 m/phút, f = 230 mm/phút, t = 0.5 mm, T = 400oC - Chỉ tiêu biên độ rung động: V = 235 m/phút, f = 230 mm/phút, t = 0.5 mm, T =
400oC.
Thứ ự t và mức độảnh hưởng của các tham số đầu vào đến các thông số đầu ra cũng đã được xác định cho th y nhiấ ệ ột đ cao hỗ tr quá trình gia công có vai trò quan tr ng và ợ ọ mức độ ảnh hưởng lớn đến các thông s u ra. ố đầ
Các phương trình toán học thể hi n mối quan hệ gi a các tham số u vào và các ệ ữ đầ thông số đầu ra khi gia công thông thường và gia công gia nhiệt đã được xây d ng và có ự độ chính xác cao khi so sánh với dữ u th c nghiliệ ự ệm, cụ thể như sau:
125 F =842 365 . V . f. t. Ra = 4,9758 V , f, t. K =10 8589 , V , f , t, A =212 165 , V , f, t, F =36235.7 V . f. t. T . K =16 9238 , V , f , t, T, Ra = 1,10015 V , f, t, T , A =196 335, V 0,032 0,019f 0,064t T0,041
126
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
T ừcác kết quả nghiên cứu đã trình bày, luận án đưa ra nh ng kữ ết luận sauđây:
1. Đã xây dựng được mô hình h ệthống thí nghiệm gồm máy phay CNC, thiết bị gia nhiệt cảm ứng điệ ừn t (nguồn điện cảm ứng và thiết bị t o tạ ần số), các thiết bị đo lực cắt, đo rung động quá trình c t, … ắ
2. Phương pháp gia công gia nhiệt là một phương pháp mang lại hi u quệ ảcao khi gia công thép SKD11 là m t ộ loại vật liệu khó cắt g t.ọ
3. Ứng d ng công nghụ ệ tiên tiến, hiện đại vào việc đo chiều dài phoi để nâng cao độ chính xác k t qu ế ả xác định h s co rút phoi. ệ ố
4. S ự ảnh hưởng c a các thông sủ ốcông nghệ đến lực cắt, hệ ố co rút phoi, độ s nhám bề mặt và rung động quá trình cắt khi gia công thông thường và gia công gia nhiệt thép SKD11 cũng được phân tích. Đồng thời, các bộ tham số công nghệ ối ưu được xây t dựng cho các chỉ tiêu đầu ra khác nhau.
5. Mô hình toán học miêu tả ảnh hưởng của các thông sốcông nghệ đến lực cắt, hệ ố s co rút phoi, độ nhám bề mặt và rung ng quá trình cđộ ắt khi gia công thông thường và gia công gia nhiệt thép SKD11 bằng cảm ứng điện từ. Một phương pháp xây