4. Dự định kết quả
3.3.5.2. Thực hiện các bước của lý thuyết
Bước 1: Với mục tiêu tối ưu hóa cả Ra và Fy nhỏ hơn thì tốt hơn nên các tỉ số SN tương ứng với các yếu tố đầu ra được tính theo công thức (3-3) và được cho như bảng 3.14.
Bước 2: Tỉ số SN mong muốn lớn hơn thì tốt hơn nên tính toán trị số chuẩn hóa Zij của SN theo các công thức (3-4), cho như bảng 3.14. Bảng 3.15 thể hiện độ sai lệch của dãy tham chiếu 0j(k).
Bảng 3.14. Trị số S/N và giá trị chuẩn hóa Zij của SN.
TT r S Ra Fy SN Zij Ra Fy Ra Fy Trị số tham chiếu 1.000 1.000 1 0.4 0.06 0.93 143.33 0.62 -43.13 0.514 0.536 2 0.4 0.08 2.573 140.67 -8.23 -42.96 0.136 0.738 3 0.4 0.1 3.72 151 -11.41 -43.58 0.000 0.000 4 0.8 0.06 0.25 137 11.98 -42.74 1.000 1.000 5 0.8 0.08 0.363 150.67 8.79 -43.56 0.864 0.024 6 0.8 0.1 0.773 141.33 2.23 -43.01 0.583 0.679 7 1.2 0.06 0.363 149 8.71 -43.46 0.860 0.143 8 1.2 0.08 0.417 147 7.57 -43.35 0.811 0.274 9 1.2 0.1 0.62 141.67 4.15 -43.03 0.665 0.655
Bảng 3.15. Độ sai lệch j(k) của dãy tham chiếu. TT r S Ra Fy j(k) Ra Fy j(1) j(2) 1 0.4 0.06 0.93 143.33 0.486 0.464 2 0.4 0.08 2.573 140.67 0.864 0.262 3 0.4 0.1 3.72 151 1.000 1.000 4 0.8 0.06 0.25 137 0.000 0.000 5 0.8 0.08 0.363 150.67 0.136 0.976 6 0.8 0.1 0.773 141.33 0.417 0.321 7 1.2 0.06 0.363 149 0.140 0.857 8 1.2 0.08 0.417 147 0.189 0.726 9 1.2 0.1 0.62 141.67 0.335 0.345
Bước 3: Thực hiện phân tích mối quan hệ xám. Khảo sát bảng 3.15. cho thấy:
max = (1) = (2) = 1.000
min = (1) = (2) = 0.000
Từ dữ liệu trong bảng 3.15, tính toán hệ số quan hệ xám cho chuẩn hóa tỉ lệ SN bằng cách sử dụng công thức (3-7). Giá trị cho ξΔmax được lấy là 0,5
trong phương trình (3-7). Kết quả tính toán trị số quan hệ xám cho từng mục tiêu được đưa ra trong bảng 3.16.
Bước 4: Tính toán hệ số quan hệ xám trung bình như công thức (3-8). Kết quả tính toán được thể hiện như trong bảng 3.16.
Bảng 3.16. Trị số quan hệ xám ứng với các thông số đầu ra và trị số quan hệ xám trung bình. TT Hệ số quan hệ xám Ra Fy 1 0.507 0.519 0.513 2 0.367 0.656 0.511 3 0.333 0.333 0.333 4 1.000 1.000 1.000 5 0.786 0.339 0.562 6 0.545 0.609 0.577 7 0.781 0.368 0.575 8 0.726 0.408 0.567 9 0.599 0.592 0.595
Với mục tiêu tối ưu hóa đồng thời nhám bề mặt và lực cắt lớn nhất Fy cùng nhỏ hơn thì tốt hơn. Kết quả tính toán giá trị quan hệ xám cho Ra, Fy và TB được cho trong bảng 3.17:
Bảng 3.17: Hệ số quan hệ GRA 0i (k) r S Ra Fy TB Thứ hạng TB 0.4 0.06 1 1 1 1 0.4 0.08 0.54 0.66 0.60 7 0.4 0.1 0.38 0.50 0.44 9 0.8 0.06 0.69 0.44 0.57 8 0.8 0.08 0.72 0.51 0.62 6 0.8 0.1 0.90 0.72 0.81 2 1.2 0.06 0.72 0.62 0.67 5 1.2 0.08 0.74 0.82 0.78 4 1.2 0.1 0.83 0.75 0.79 3
Hình 3.10. Hệ số quan hệ GRA theo thứ tự thí nghiệm
Hệ số quan hệ xám lớn hơn sẽ tốt hơn. Hình 3.10 chỉ ra rằng hệ số quan hệ xám lớn nhất tại duy nhất thí nghiệm số 4 với giá trị là 1.000.
ANOVA trị số quan hệ xám bằng Minitab 16 để đánh giá ảnh hưởng của bán kính mũi dao và lượng chạy dao đến đầu ra của quá trình tiện cứng thép SUJ2 là Ramin và Fymin. Kết quả ANOVA trị số quan hệ xám thể hiện trong
bảng 3.18. Kết quả cho thấy, theo phần trăm đóng góp ảnh hưởng, bán kính mũi dao có ảnh hưởng mạnh hơn (41.2%) lượng chạy dao (25.05%).
Bảng 3.18. ANOVA trị số quan hệ xám Thông số DF SS Adj SS MS F C % r 2 0.10184 7.553 0.05092 2.44 41.20 S 2 0.06192 2.124 0.03096 1.48 25.05 Error 4 0.08343 1.997 0.020858 33.75 Total 8 0.24719 100
Bước 5: ANOVA trị số quan hệ xám trung bình có bảng các yếu tố ảnh hưởng chính như bảng 3.19 và đồ thị các ảnh hưởng chính như hình 3.11. Theo đó, bán kính mũi dao ảnh hưởng mạnh hơn so với lượng chạy dao đến chỉ tiêu nhám bề mặt và lực cắt hướng kính nhỏ nhất.
Bảng 3.19. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến hệ số quan hệ xám.
Mức Thông số r S 1 0.4525 0.6959 2 0.7131 0.5469 3 0.5791 0.5019 Delta 0.2605 0.1941 Thứ tự ảnh hưởng 1 2
Hình 3.11. Ảnh hưởng của các thông số đến trị số quan hệ GRA trung bình.
Bước 6: Quan sát trị số quan hệ xám lớn nhất ứng với các mức của mỗi yếu tố (bảng 3.19 và hình 3.11), ta rút ra bộ thông số tối ưu nhằm đáp ứng cả Ra và Fy nhỏ hơn thì tốt hơn là: r3/S1, tương ứng với: r = 0.8 mm, S = 0.06 mm/vòng.
Kết quả thực nghiệm khi r = 0.8 mm và S = 0.06 mm/vòng thì Ra = 0.25 µm, Fy = 137 N.
Kết luận chương 3:
1)Đã nghiên cứu và thí nghiệm thành công tiện cứng thép ổ lăn SUJ2 sau nhiệt luyện đạt độ cứng HRC (58-62) bằng dao tiện PCBN.
2)Lực cắt hướng kính Fy là thành phần lực có trị số cao nhất trong 3 thành phần lực được đo kiểm.
3)Bán kính mũi dao ảnh hưởng mạnh hơn ảnh hưởng của lượng chạy dao đến nhám bề mặt sau tiện. Bán kính mũi dao r ở mức 2 (0.8 mm) và lượng chạy dao S ở mức 1 (0.06 mm) cho nhám bề mặt có trị số nhỏ nhất và bằng 0.25µm.
4)Lượng chạy sao dọc S ảnh hưởng mạnh hơn bán kính mũi dao r đến lực cắt dọc trục Fx, lực hướng kính Fy và lực tiếp tuyến Fz. Tuy nhiên, ảnh hưởng của lượng chạy dao dọc S đến từng thành phần lực này cũng không
giống nhau. Bán kính mũi dao r ở mức 3 (1.2 mm) và lượng chạy dao S ở mức 1 (0.06 mm/vòng) cho lực chiều trục Fx có trị số nhỏ nhất và bằng 37 N theo thực nghiệm. Bán kính mũi dao ở mức 0.4 mm cho lực hướng trục nhỏ khi lượng chạy dao nhỏ, còn khi ở các mức có lượng chạy dao lớn thì lực cắt lại lớn hơn nhiều so với các mức có bán kính mũi dao lớn hơn. Bán kính mũi dao r ở mức 2 (0.8 mm) và lượng chạy dao S ở mức 1 (0.06 mm/vòng) cho lực hướng kính Fy có trị số nhỏ nhất và bằng 137 N. Bán kính mũi dao r ở mức 1 (0.4 mm) và lượng chạy dao S ở mức 1 (0.06 mm/vòng) cho lực tiếp tuyến Fz có trị số nhỏ nhất và bằng 36.67 N.
5) Đã kết hợp giữa phương pháp GRA trong thiết kế thí nghiệm Taguchi để tối ưu hóa đa mục tiêu nhám bề mặt và lực cắt lớn nhất Fy. Bán kính mũi dao lớn cắt với lượng chạy dao nhỏ sẽ cho nhám bề mặt và lực chiều trục cùng nhỏ hơn thì tốt hơn. Bộ thông số tìm được cho chỉ tiêu này là: S = 0.06 mm/vòng; r = 0.8 mm; thực nghiệm chỉ ra khi đó: Ra = 0.25 µm; Fy = 137 N.
CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 4.1. Kết luận chung
Với nội dung “Ảnh hưởng của bán kính mũi dao đến quá trình tiện
cứng thép ổ lăn bằng dụng cụ PCBN” qua ba chương đề tài đã giải quyết
được các vấn đề sau:
- Đã triển khai thành công kỹ thuật tiện cứng thép ổ lăn SUJ2; độ cứng HRC > 58; không sử dụng dung dịch trơn nguội.
- Đề tài đã đánh giá được ảnh hưởng của bán kính mũi dao và lượng chạy dao dọc đến nhám bề mặt và từng thành phần lực cắt thép SUJ2 khi tiện bằng dao phủ PCBN.
- Đã tối ưu hóa đơn mục tiêu ảnh hưởng của bán kính mũi dao và lượng chạy dao đến nhám bề mặt, đến lực chiều trục Fx, đến lực hướng kính Fy và đến lực tiếp tuyến Fz bằng phân tích đánh giá tỉ số SN theo phương pháp Taguchi.
- Đã tối ưu hóa đa mục tiêu ảnh hưởng của bán kính mũi dao và lượng chạy dao đến cả nhám bề mặt và lực hướng kính Fy với mong muốn nhỏ hơn thì tốt hơn bằng phương pháp phân tích hệ số GRA trong thiết kế Taguchi. Tìm được bộ thông số tối ưu cho chỉ tiêu này, cụ thể là: r = 0.8 mm, S = 0.06 mm/vòng sẽ cho cả nhám bề mặt và lực cắt đạt được nhỏ nhất.
4.2. Khuyến cáo
Căn cứ các kết quả đạt được sau thực nghiệm, đối với tiện cứng thép ổ lăn SUJ2, tác giả đưa ra khuyến cáo cho bán kính mũi dao như sau:
Với chế độ cắt có số vòng quay trục chính 650 vòng/phút, chiều sâu cắt 0,1 mm thì sử dụng bán kính mũi dao r = 0,8 mm và lượng chạy dao S = 0,06 mm thì cho kết quả tối ưu nhất cho cả nhám bề mặt và lực cắt lần lượt là Ra = 0,25 µm và Fy = 137 N.
4.3. Ý nghĩa khoa học
Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở khoa học để ứng dụng công nghệ tiện cứng trong chế tạo các sản phẩm góp phần mở rộng phạm vi ứng dụng chất lượng cao trong thực tiễn sản xuất. Các kết quả nghiên cứu mở ra các hướng nghiên cứu tiếp theo trong phát triển công nghệ tiện cứng có hiệu quả cao trong công nghiệp chế tạo nước ta.
4.4. Ý nghĩa thực tiễn
Các kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng tại các nhà máy chế tạo. Quá trình ứng dụng các kết quả nghiên cứu sẽ cho phép mở rộng phạm vi gia công của ngành chế tạo máy nói chung và công nghệ tiện cứng nói riêng. Góp phần tạo ra các sản phẩm có chất lượng tốt, giá thành hạ và nâng cao khả năng ứng dụng vào thực tiễn phù hợp với điều kiện sản xuất ở nước ta.
4.5. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài chỉ dừng ở một chế độ công nghệ, một loại dụng cụ cắt, một loại vật liệu và một chiều sâu cắt nhất định. Vì vậy cần tiến hành thí nghiệm một cách tổng quan hơn để tìm ra các quy luật rộng hơn. Thêm vào đó cần tiến hành kiểm tra mòn và cơ chế mòn phần cắt của dao và chất lượng bề mặt phôi.
Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng lưỡi cắt đến chất lượng bề mặt và mòn dụng cụ.
Nghiên cứu ảnh hưởng của lực cắt đến chất lượng bề mặt và tuổi bền dụng cụ.
Nghiên cứu triển khai đề tài trên trung tâm CNC hiện đại hơn, tối ưu hóa nhiều mục tiêu hơn (Hạ giá thành sản phẩm, nâng cao tuổi bền dao, đánh giá chiều sâu lớp trắng, vật liệu làm dao) để có thể có công bố trên tạp chí có uy tín.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đỗ Văn Vũ (2002), Phương pháp Taguchi – khả năng ứng dụng trong quy hoạch thực nghiệm và nghiên cứu tối ưu hóa. Cơ khí ngày nay 2002, số 08, trang 30.
[2] Trần Văn Địch (2004), Gia công tinh bề mặt chi tiết máy, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[3] Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt (2006), Công nghệ chế tạo máy, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[4] Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ chính xác gia công bằng thực nghiệm, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
[5] Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lượng của quá trình cắt, Trường ĐHKTCN Thái Nguyên.
[6] Nguyễn Thị Quốc Dung (2012), Luận án tiến sỹ: “Nghiên cứu quá trình
tiện thép hợp kim qua tôi bằng dao PCBN”, Trường ĐH KT CN Thái Nguyên.
[7] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý (2001), Nguyên lý gia công
vật liệu, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
[8] Trần Thế Lục (1988), Giáo trình Mòn và Tuổi bền của dụng cụ cắt, Khoa cơ khí - Trường ĐHBK Hà Nội.
[9] Phan Quang Thế (2002), Luận án tiến sỹ: “Nghiên cứu khả năng làm việc
của dụng cụ thép gió phủ dùng cắt thép các bon trung bình”, Trường ĐHBK Hà Nội.
[10] Nguyễn Quốc Tuấn (2005), Cơ sở chất lượng của quá trình cắt, Trường ĐHKTCN Thái Nguyên.
[11] Phan Quang Thế, Trần Ngọc Giang (2008), “Nghiên cứu cơ chế mòn dao gắn mảnh PCBN sử dụng tiện tinh thép 9XC qua tôi”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, tập 2, số 4 (48).
[12] Liu.X.L, Wen.D.H, Li.Z.J, Xiao.L, Yan.F.G, (2002), “Experimental Study on Hard Turning Hardened GCr15 Steel with PBCN Tool”, Journal
of Materials Processing Technology, Vol.129, pp. 217-222.
[13] Diniz.A.E, Ferreira.J.R, Filho.F.T, (2003), “Influence of Refrigeration/ Lubrication Condition on SAE 52100 Hardened Steel Turning at Several Cutting Speeds”, International Journal of Machine Tools and.
[14] Trent E.M and Wright P.K (2000), Metal cutting, Butterworth –
Heinemann USA.