Hình 4.10: Cơ cấu giảm được gắn trên cán dao tiện ngồi
57
CHƯƠNG 5: THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 5.1. Trình tự tiến hành thí nghiệm.
Các bước tiến hành thí nghiệm:
- Bước 1: Xác định mục tiêu thí nghiệm. - Bước 2: Xác định các yếu tố thí nghiệm. - Bước 3: Xác định điều kiện thí nghiệm.
- Bước 4: Xác định số mẫu thí nghiệm và số lần đo độ nhám. - Bước 5: Cách thức tiến hành thí nghiệm.
- Bước 6: Tiến hành thí nghiệm.
- Bước 7: Đánh giá và phân tích kết quả.
5.1.1 Mục tiêu thí nghiệm.
Mục tiêu đề tài: “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CƠ CẤU GIẢM CHẤN TRÊN CÁN DAO TIỆN NGOÀI ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CỦA QUÁ TRÌNH TIỆN” nhằm phục vụ sản xuất, nghiên cứu và giáo dục. Giúp người đọc hiểu rõ hơn về cán dao giảm chấn.
Với mục tiêu trên, luận văn tiến hành thí nghiệm trên cơ cấu giảm chấn đang nghiên cứu được gắn trên cán dao tiện ngồi với cùng điều kiện gia cơng trong mơi trường có dầu và khơng có dầu để so sánh kết quả với cán dao thường và rút ra kết luận.
5.1.2 Xác định các yếu tố thí nghiệm.
Theo nhiệm vụ và giới hạn của đề tài, tác giả chọn 3 đại lượng là: góc nghiêng của cơ cấu giảm chấn (α), khối lượng đối trọng (m) và chiều dài vít chỉnh lực nén của lị xo (L) của cơ cấu giảm chấn đang nghiên cứu được gắn trên cán dao tiện ngoài, để khảo sát sự ảnh hưởng của 3 đại lượng này đến độ nhám bề mặt của quá trình tiện trong cùng chế độ cắt ở điều kiện có dầu và khơng có dầu (hình 5.1).
58
Hình 5.1: Hình ảnh phác thảo cơ cấu giảm chấn.
5.1.3 Điều kiện thí nghiệm. 5.1.3.1 Máy gia cơng. 5.1.3.1 Máy gia cơng.
Các thí nghiệm được tiến hành trên máy CS 6140/750 tại Xưởng cắt gọt kim loại, Khoa Cơ khí chế tạo máy, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long, Địa chỉ: 73, Nguyễn Huệ, Phường 2, TP. Vĩnh Long, Tỉnh Vĩnh Long.
Hình 5.2: Máy tiện CS6140/750.
59
5.1.3.2 Cán dao thí nghiệm. - Ký hiệu: SC LCR 202K – 12. - Kích thước: 20 x 20 x 120 mm.
Hình 5.3: Cán dao thí nghiệm 5.1.3.3 Mảnh Insert sử dụng trong thí nghiệm 5.1.3.3 Mảnh Insert sử dụng trong thí nghiệm
- Số hiệu mảnh insert: CNMG120404-TN6010 KYOCERA - Kích thước: + l = 12,9 mm + d = 12,7 mm + d1 = 5,16 mm + s = 5,16 mm + r = 0.2 mm Hình 5.4: Mảnh Insert. 5.1.3.4 Phơi thí nghiệm. Sử dụng phơi thép C45, kích thước: Ø30 x 250 mm.
60
Thành phần thép C45 gồm Fe và C, trong đó nồng độ cácbon có trong thép là 0,45%, C45 được xếp vào loại vật liệu có tính cacbon trung bình, thường được dùng rất nhiều trong thiết kế các chi tiết máy phổ biến như trục, bánh răng … Theo TCVN 1766 -75 thì thành phần thép C45 (ngồi Fe) bao gồm:
Bảng 5.1: Thành phần hóa học thép C45
%C (%) %Mn (%) %P (%) %S (%) %Cr (%) %Ni (%)
0.45 0.7 0.040 0.040 0.25 0.25
Hình 5.5: Phơi thí nghiệm Thép C45, kích thước: Ø30 x 250mm. 5.1.3.5 Thiết bị đo độ nhám. 5.1.3.5 Thiết bị đo độ nhám.
Sử dụng thiết bị đo Surftest SJ – 210 của hãng Mitutoyo (Nhật). Thông số kỹ thuật:
+ Màn hình hiển thị LCD
+ Phạm vi đo: Theo trục X: 17.5mm; Z: 360μm (-200μm đến +160μm) + Lực đo: 4mN
+ Các thông số đo: Ra, Ry, Rz, Rq, S, Sm, Pc, R3z, mr (c), Rt, Rp, Rk, Rpk, Rvk, Mr1, Mr2, A1, A2.
+ Phạm vi hiển thị: Ra, RZ, Rq: 0.001-100 μm + Sử dụng nguồn pin hoặc điện
61
Hình 5.6: Máy đo độ nhám Surftest SJ – 210. 5.1.3.6 Cảm biến đo rung động MPU 6050 [14] 5.1.3.6 Cảm biến đo rung động MPU 6050 [14]
Cảm biến gia tốc MPU 6050 là cảm biến có 6 trục được thiết kế cho các ứng dụng nguồn nuôi thấp, giá rẻ, và có hiệu suất cao, được ứng dụng trong các điện thoại máy tính bảng, và các thiết bị di động khác.
MPU-6000/6050 gồm có 3 trục con quay hồi chuyển (gyroscope) và 3 trục gia tốc (accelerometer ) được thiết kế cùng nhau trong nhân chip Digital Motion Processor (DMP) sử dụng thuật tốn MotionFusion. thuật tốn MotionFusion có khả năng giao tiếp với 1 số cảm biến khác qua các chân I2C phụ trợ (auxiliary master I2C bus), giúp cho thiết bị có thể trang bị đầy đủ các loại cảm biến trong 1 hệ thống điều khiển. Board MPU6050 đã được thiết kế với IC nguồn 3.3V trện board và trở kéo trên bus I2C.
Thông số kỹ thuật: + Điện áp cấp: 3~5v
+ 3 góc con quay hồi chuyển với độ nhạy lên đến 131 LSBs/sps và đầy đủ các độ ±250, ±500, ±1000, and ±2000dps
+ 3 góc gia tốc kế với đầy đủ khả năng lập trình với ±2g, ±4g, ±8g and ±16g + Kích thước: 14 x 21mm
62
Hình 5.7: Cảm biến đo rung động MPU-6050 và mạch giao tiếp. 5.1.3.7 Dầu trong cơ cấu giảm chấn: 5.1.3.7 Dầu trong cơ cấu giảm chấn:
Trong đề tài này tác giả sử dụng dầu KOMAT SHD 40 (hình 5.8). Loại dầu
này đạt cấp chất lượng API: SC/CC, cấp độ nhớt SAE: 40 và đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn MIL-L-2104B (bảng 5.2)
Bảng 5.2: Thông số kỹ thuật dầu KOMAT SHD 40 [15] Chỉ tiêu chất lượng Phương pháp thử Kiểm tra
Độ nhớt động học ở 40˚C, cSt ASTM D445 14,5÷15,5
Chỉ số độ nhớt, min ASTM D2270 95
Nhiệt độ chớp cháy, ˚C, min ASTM D92 230
Nhiệt độ đông đặc, ˚C, max ASTM D97 -6
Hàm lượng nước, %TT, max ASTM D95 0005
Đặc tính tạo bọt, ml, max -
SEQ I: - SEQ II: ASTM D892
50/0 50/0
TBN, mgKOH/g, min ASTM D2896 3,5
Tổng hàm lượng kim loại,
63
Hình 5.8: Dầu KOMAT SHD 40 sử dụng trong cơ cấu giảm chấn 5.1.3.8 Cân điện tử, thước cặp 1/50 5.1.3.8 Cân điện tử, thước cặp 1/50
Để xác định chình xác khối lượng của các đối trọng, tác giả sử dụng cân phân tích OHAUS PA214 (hình 5.9).
Thơng số kỹ thuật của cân phân tích OHAUS PA214 + Khả năng cân lớn nhất: 320g.
+ Khả năng cân nhỏ nhất: 0.02g. + Độ chính xác: 0.001g.
+ Đơn vị cân: gram, milli-gram, ounce, ounce troy, carat, penni, Lạng Hong Kong, Lạng Singapore, Lạng Đài loan.
+ Màn hình: 6 sớ, cao 18mm, màn hình LCD, 5 phím căn bản dể sử dụng.
+ Kích thước đĩa cân: Ø90 mm ( inox) + Thời gian ổn định: 1 giây
+ Nguồn sử dụng: AC/Adapter 12v
+ Chức năng: Trừ bì, tự động về khơng, tự động tắt nguồn khi không sử dụng, cân số lượng, tích lũy, cộng dồn, in, đếm số lượng.
64
Hình 5.9: Cân đối trọng bằng cân phân tích OHAUS PA214. 5.1.3.9 Đối trọng, lị xo: 5.1.3.9 Đối trọng, lò xo:
Các đối trọng sử dụng trong đề tài được làm từ thép C30, có kích thước Ø9 x 38 (mm) (hình 5.10) và có khối lượng được trình bày ở bảng 5.3. Trong đề tài sử dụng một lị xo có hình dạng và kích thước như hình 5.11
Hình 5.10: Đối trọng sử dụng trong cơ cấu giảm chấn.
Khối lượng đối trọng được thay đổi khi thay đổi chiều dài rãnh (A), từ đó có được khối lượng các đối trọng như sau (bảng 5.3)
Bảng 5.3: Khối lượng các đối trọng (g)
A1 = 20 (mm) A2 = 15 (mm) A3 = 10 (mm) A4 = 5 (mm) A5 = 0 (mm) m1 m2 m3 m4 m5 18 20 22 24 26
65
Hình 5.11: Lị xo nén
Lmax = 29 mm Lmin = 13 mm
Độ cứng lò xo: 560.07 N/m
5.1.4 Xác định số mẫu thí nghiệm và số lần đo độ nhám
5.1.4.1 Số mẫu thí nghiệm:
Với độ chính xác của thiết bị đo độ nhám SJ - 210 là s = 0,001 µm. Độ chính xác mong đợi E = 0,001 µm. Mức ý nghĩa dùng trong kỹ thuật là 95% tra bảng Student [16] thì Kβ = 1,96; Số mẫu thí nghiệm cần thiết là:
𝑛 = 𝐾2 𝛽
𝑆2
𝐸2 = 1.9620.0012
0.0012 = 3,8416
Chọn n = 3. Vậy số mẫu thí nghiệm cần thiết cho mỗi thơng số đầu vào là 3.
5.1.4.2 Số lần đo độ nhám:
Thiết bị đo độ nhám SJ – 210 có độ chính xác là 0,001 µm. Độ chính xác mong đợi E = 0,001 µm. Mức ý nghĩa dùng trong kỹ thuật là 95% tra bảng Student [16] thì Kβ = 1,96; tính số lần đo lặp lại cho mỗi mức thí nghiệm:
𝑛 = 𝐾2𝛽𝑆 2
𝐸2 = 1.9620.001 2
0.0012 = 3,8416
Chọn n = 5. Vậy tương ứng với một mức thí nghiệm sẽ đo độ nhám 5 lần.
5.1.5 Các bước thí nghiệm so sánh.
Theo nhiệm vụ và giới hạn đề tài, đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của 3 đại lượng (α, L, m) đến độ nhám bề mặt nên trình tự thí nghiệm được thực hiện như sau:
66
Cố định đại lượng L và m, thay đổi góc α, đo độ nhám chọn độ nhám nhỏ nhất
tương ứng với góc α.
Cố định đại lượng m và góc α, thay đổi L, đo độ nhám chọn độ nhám nhỏ nhất
tương ứng với giá trị L.
Cố định đại lượng L và góc α, thay đổi m, đo độ nhám xác định độ nhám nhỏ
nhất tương ứng với giá trị m.
Mục đích của việc khảo sát đại lượng L (khoảng cách từ đầu bulong đến mép ống giảm chấn, hình 5.1) là để khảo sát lực nén của lò xo (F), với độ cứng của lị xo là: 560.07 N/m ta có kết quả quy đổi từ L sang lực F như sau:
Bảng 5.4: Các giá trị L (mm) và giá trị quy đổi sang lực F (N)
L (mm) ΔL (mm) F (N) 2 16 8.96 5 13 7.28 8 10 5.6 11 7 3.92 14 4 2.24 5.1.5.1 Gá phôi, gá dao - Sử dụng phơi thép C45, kích thước Ø30 x 250 (mm) - Chiều dài gá phôi: 120 (mm)
- Chiều dài gá dao: 47 (mm)
67
5.1.5.2 Vị trí đặt cảm biến trên dao tiện
Cảm biến được đặt gần lưỡi cắt nhất có thể, để đảm bảo trong q trình cắt gọt không làm hỏng cảm biến nhưng vẫn đảm bảo kết quả đo rung đạt độ chính xác nhất định (hình 5.13 và hình 5.14).
Hình 5.13: Cán dao tiện được gắn cảm biến đo rung động
Hình 5.14: Vị trí đặt cảm biến đo rung động trên cán dao tiện 5.1.5.3 Tiện thơ tạo chuẩn mẫu thí nghiệm 5.1.5.3 Tiện thơ tạo chuẩn mẫu thí nghiệm
Mẫu thí nghiệm được tiện thơ tạo chuẩn với kích thước Ø29.5 ±0.1 x 50 (mm) trên máy tiện cơ CS6140/750.
Hình 5.15: Tiện thơ tạo chuẩn
68
5.1.5.4 Mẫu thí nghiệm được tiện với cán dao giảm chấn
Sau khi được tiện thơ tạo chuẩn, mẫu thí nghiệm được tiện với cán dao giảm chấn với kích thước cần đạt là Ø29 ±0.1 x 30 (mm) trên máy tiện cơ CS6140/750.
Hình 5.16: Quá trình tiện với cán dao giảm chấn.
Hình 5. 17: Sản phẩm được tiện bằng cán dao giảm chần. 5.1.5.5 Đo độ nhám 5.1.5.5 Đo độ nhám
Mẫu thí nghiệm sau khi được tiện với cán dao giảm chấn sẽ được tiến hành đo độ nhám khi phơi cịn được gá trên máy tiện CS6140/750 (hình 5.18).
69
Hình 5.19: Vị trí đo độ nhám trên phơi bằng máy Mitutoyo – SJ210
5.2. Kết quả thí nghiệm.
5.2.1 Trên cơ cấu giảm chấn khơng có dầu.
Đề tài tiến hành thí nghiệm với cùng một chế độ cắt khi thay đổi lần lượt 3 đại lượng (α, L, m). Trong đó, α thay đổi từ 00 - 3600 (mỗi lần thay đổi 300), L thay đổi lần lượt với các giá trị 2, 5, 8, 11, 14 (mm), tương ứng với mỗi giá trị L là một lực nén lò xo F (bảng 5.4), m thay đổi lần lượt với các giá trị 18 (g), 20 (g), 22 (g), 24 (g), 26 (g) trong mơi trường khơng có dầu.
Tương ứng mỗi lần thí nghiệm với một thơng số giảm chấn sẽ tiện 3 mẫu và đo độ nhám 5 lần trên máy đo độ nhám Mitutoyo SJ-210.
Chế độ cắt: n = 1000 (vòng/phút), s = 0.05 (mm/vòng), t = 0.25 (mm).
a. Thí nghiệm đầu tiên được thực hiện như sau: cố định chiều dài vít điều chỉnh L = 5 (mm), khối lượng đối trọng m = 22 (g), góc nghiêng α được thay đổi từ 00 - 3600 (mỗi lần thay đổi 300). Kết quả đo độ nhám được thể hiện ở bảng 5.5.
70
Bảng 5.5: Giá trị độ nhám Rz (μm) khi thay đổi góc α, với L = 5 (mm) và m = 22(g)
trên cơ cấu giảm chấn khơng có dầu.
Hình 5.20: Đồ thị ảnh hưởng của góc α đến độ nhám bề mặt chi tiết trên cơ cấu
giảm chấn khơng có dầu. 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Đ ộ n h ám Rz ( μm ) Góc α (độ) Lần đo α (độ) 1 2 3 4 5 Trung bình 0 10.12 10.38 10.02 10.22 10.24 10.20 30 9.25 9.40 9.65 10.00 9.55 9.57 60 10.00 10.15 10.32 10.43 10.65 10.31 90 11.24 11.07 12.82 10.05 12.70 11.57 120 12.05 12.33 12.29 12.63 12.58 12.38 150 11.34 12.02 11.28 12.07 11.38 11.62 180 12.05 12.15 12.10 12.38 13.78 12.49 210 13.73 13.44 13.27 13.83 12.19 13.29 240 13.56 13.27 12.44 14.76 13.10 13.42 270 13.76 12.67 12.41 11.18 12.21 12.45 300 11.49 11.15 12.09 11.11 11.90 11.55 330 11.20 11.39 11.22 11.21 11.50 11.30 L = 5 mm m = 22 (g)
71
Qua số liệu thí nghiệm thu được ở đồ thị hình 5.20, với giá trị góc α từ 0 – 600
cho kết quả độ nhám thấp nhất, điều này đồng nghĩa với chất lượng bề mặt chi tiết cao nhất. Trong đó, giá trị α = 300 cho giá trị độ nhám nhỏ nhất là 9.57 μm.
Bảng 5.6: Kết quả rung động khi góc α thay đổi, với L = 5 (mm) và m = 22(g) trên
cơ cấu giảm chấn khơng có dầu.
α 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330
Gia tốc
(mm/s2) 28.78 13.96 31.18 40.03 29.2 45.26 55.21 75.82 70.39 72.73 46.81 30.54
Hình 5.21: Đồ thị ảnh hưởng của góc α đến rung động của cán dao trên cơ cấu
giảm chấn khơng có dầu.
Hình 5.21 cho thấy rằng với giá trị α trong khoảng 0 - 600 cho giá trị rung động thấp, trong đó α = 300 cho kết quả rung động thấp nhất (13.96 mm/s2) trên cơ cấu giảm chấn đang khảo sát. Với kết quả này cho thấy sự trùng khớp giữa kết quả đo độ nhám và đo rung động đều cho biết thông số α = 300 là tốt nhất.
b. Thí nghiệm kế tiếp được thực hiện như sau: cố định cơ cấu giảm chấn với góc nghiêng α = 30o và khối lượng đối trọng m = 22 (g), thay đổi chiều dài vít điều chỉnh (L) với các giá trị là 14 (mm), 11 (mm), 8 (mm), 5 (mm), 2 (mm), tương ứng
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Gia tốc (mm/ s 2) Góc α (độ) L = 5 mm m = 22 (g)
72
với lực nén của lò xo là 2.24 (N), 3.92 (N), 5.6 (N), 7.28 (N), 8.96 (N). Kết quả độ nhám được thể hiện ở bảng 5.7.
Bảng 5.7: Giá trị độ nhám Rz (µm) khi L (mm) thay đổi, với α = 30o và m = 22 (g) trên cơ cấu giảm chấn khơng có dầu.
Lần đo L (mm) 1 2 3 4 5 Trung bình 14 12.16 12.34 12.03 12.12 12.27 12.18 11 11.42 11.48 10.99 11.43 11.49 11.36 8 9.77 9.59 9.56 9.63 9.72 9.65 5 9.01 8.88 8.78 8.99 9.24 8.96 2 9.47 9.53 9.56 9.33 9.42 9.46
Hình 5.22: Đồ thị ảnh hưởng của lực nén lò xo đến độ nhám bề mặt chi tiết
trên cơ cấu giảm chấn khơng có dầu. 7 8 9 10 11 12 13 8.96 7.28 5.6 3.92 2.24 Đ ộ n h ám Rz ( μm ) Lực nén của lò xo (N) α = 300 m = 22 (g)
73
Đồ thị hình 5.22 cho thấy rằng với giá trị L = 5 (mm) tương đương với lực nén của lò xo là 7.28 (N) cho kết quả độ nhám thấp nhất (8.98 μm). Khi L càng tăng thì lực nén lị xo càng giảm dẫn tới cơ cấu giảm chấn làm việc kém hiệu quả. Trên cơ cấu này lực nén lò xo quá lớn hay quá nhỏ thì đều cho kết quả độ nhám khơng tốt.
Bảng 5.8: Kết quả rung động khi L (mm) thay đổi, với α = 30o và m = 22 (g) trên cơ cấu giảm chấn khơng có dầu.
L 2 5 8 11 14
Gia tốc (mm/s2) 21.43 20.32 45.26 50.45 64.02
Hình 5.23: Đồ thị ảnh hưởng của lực nén lo xò đến gia tốc của cán dao trên
cơ cấu giảm chấn khơng có dầu.
Qua số liệu thu được ở đồ thị hình 5.23 cho thấy rằng với L = 5 (mm) cho giá trị rung động thấp nhất 20.32 (mm/s2), với kết quả này thì càng cho thấy rằng với thông số giảm chấn L = 5 (mm) tương đương lực nén lò xo là 7.28 (N) cho kết quả độ nhám thấp nhất (8.98 μm) trên cơ cấu giảm chấn khơng có dầu đang khảo sát.
0 10 20 30 40 50 60 70 8.96 7.28 5.6 3.92 2.24 Gia tốc (mm/ s 2 ) Lực nén của lò xo (N) α = 300 m = 22 (g)
74
c. Bước thí nghiệm cuối cùng trên cơ cấu giảm chấn khơng có dầu được thực