Sơ lƣợc máy mài phẳng HGS-65A - TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ- 123docz.net

CHƯƠNG 3. TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY MÀI PHẲNG HGS-65A

3.1. Sơ lƣợc máy mài phẳng HGS-65A

Máy mài phẳng HGS-65A được sản xuất tại Hàn Quốc, là máy mài chuyên dùng để mài phẳng các bề mặt chi tiết máy yêu cầu đạt độ bóng cao, gia công được các loại vật liệu kim loại khác nhau như gang, thép, đồng, nhôm... Máy có hệ thống di chuyển các trục bằng hệ thống thủy lực tự động, trục chính chuyển động quay tròn và được đặt cố định.

Hình 3.1. Máy mài phẳng HGS-65A (Hàn Quốc)

Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật máy mài phẳng HGS-65A

Hạng mục Đơn vị Kích thước

Khả năng làm việc

Kích thước làm việc lớn nhất mm 650x500

Khoảng cách lớn nhất từ mặt mâm từ đến tâm đá mm 697 Kích thước mâm từ (dài x rộng x cao) mm 600x500

x110

Lượng di chuyển bàn máy

Tốc độ di chuyển dọc (trái – phải) m/phút 0.5  20 Lượng di chuyển dọc một vòng tay quay (trái –

phải) mm 47

Di chuyển ngang bằng tay (trước –

sau)

Lượng di chuyển 1 vòng mm 5

Lượng di chuyển 1 vạch du xích mm 0.02 Di chuyển

ngang tự động (trước –

sau)

Lượng di chuyển không liên tục mm 0.5  20 Lượng di chuyển liên tục mm/phú

t 0.1  1.0

Chiều sâu cắt (nâng hạ bàn máy)

Lượng di chuyển tự động mm 0.002 

0.003 Lượng di

chuyển bằng tay

Lượng di chuyển nhỏ mm 0.002  0.03

Lượng di chuyển 1 vòng quay mm 1

Lượng di chuyển 1 vạch du xích mm 0.005

Tốc độ nâng hạ bàn máy mm/phú

t 480

Tốc độ đá mài

Khi không tải Vòng/p

hút 1800

Khi có tải Vòng/p

hút 1500

Đường kính đá mài (đường kính ngoài x chiều dày x đường

kính trong) mm 305x38

x127 Công suất

động cơ

Động cơ trục chính Kw 3.7

Động cơ bơm thủy lưc Kw 2.2

Động cơ di chuyển bàn máy lên xuống Kw 0.4

Kích thước tổng thể máy (dài x rộng x cao) mm 2720x2530 x2070

Trọng lượng máy Kg 3300

3.2. Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ-301

Hình 3.2. Máy đo độ nhám Mitutoyo Thông số kỹ thuật

Phạm vi đo: 12,5 mm Tốc độ đo: 0,25  0,5 mm/s Lực đo: 4mN hoặc 0,75mN

Kích thước bộ điều khiển: 307 x 165 x 94 mm Kích thước bộ phận đo: 115 x 23 x 26 mm Khối lượng bộ điều khiển: 1,2 kg

Khối lượng bộ phận đo: 0,2 kg

Kích thước chiều rộng giấy máy in được: 48 mm (giấy in: 58 mm) Khuếch đại đứng: 10X đến 100000X

Khuếch đại ngang: 1X đến 1000X

3.3. Tối ƣu hóa độ nhám bề mặt chi tiết khi gia công bằng đá mài FLANGE - WA46KMV trên máy mài phẳng HGS-65A

3.3.1. Điều kiện thực nghiệm a. Phạm vi thí nghiệm

Độ nhám bề mặt là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng chi tiết gia công.

Luận văn lựa chọn 2 thông số công nghệ có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt chi tiết khi mài là chiều sâu cắt t và tốc độ chạy dao Sd.

Các thí nghiệm được thực hiện trong các điều kiện sau:

- Máy mài phẳng HGS-65A (Hàn Quốc): tốc độ quay trục chính (trục mang đá):

1800 vòng/phút; kích thước mâm từ (dài x rộng x cao): 600 x 500 x 110; công suất động cơ trục chính (trục mang đá): 3,7kw.

- Đá mài Hàn Quốc, ký hiệu Flange - WA46KMV, đường kính đá mài (đường kính ngoài x chiều dày x đường kính trong) 305x38x127.

- Vận tốc bàn máy theo phương ngang: Sng = 1 mm/htk - Dung dịch trơn nguội: GR-W940

- Chi tiết: vật liệu C45, hình hộp chữ nhật có kích thước 75 x 45 x 25 mm.

- Độ nhám được đo bằng máy: Mitutoyo SJ301

Các thông số công nghệ điều chỉnh để nghiên cứu nằm trong phạm vi:

- Chiều sâu cắt: t = 0,1  0,4 mm

- Tốc độ chạy dao dọc: Sd = 5  15 m/phút b. Trình tự thí nghiệm

Sử dụng quy hoạch bậc 2 hỗn hợp quay đều Box – Hunter với số yếu tố ảnh hưởng k =2. Như vậy, tổng cộng cần tiến hành thực hiện 13 thí nghiệm (N = 13) với:

- Số thí nghiệm ở nhân phương án: 2k = 4 - Số thí nghiệm ở các điểm ( * ): 2.k = 4 - Số thí nghiệm ở tâm phương án: n0 = 5

Gọi x1 và x2 là các biến ảo được mã hóa từ các biến thực t và Sd tương ứng. Trình tự các thí nghiệm theo ma trận trong bảng 3.2.

Bảng 3.2. Ma trận thí nghiệm

TT x0 x1 x2 x1. x2 x12 x22

1 + - - + + +

2 + + - - + +

3 + - + - + +

4 + + + + + +

5 + -1,414 0 0 2 0

6 + +1,414 0 0 2 0

7 + 0 -1,414 0 0 2

8 + 0 +1,414 0 0 2

9 + 0 0 0 0 0

10 + 0 0 0 0 0

11 + 0 0 0 0 0

12 + 0 0 0 0 0

13 + 0 0 0 0 0

Mức, khoảng biến thiên của các yếu tố như bảng 3.3.

Bảng 3.3. Các mức, khoảng biến thiên của các yếu tố (đã làm tròn)

Biến thực

Các mức của biến ảo

Khoảng biến thiên

 Mức + 

(+1,414)

Mức trên (+1)

Mức cơ sở (0)

Mức dưới (-1)

Mức -

(-1,414)

t 0,46 0,4 0,25 0,1 0,04 0,15

Sd 17 15 10 5 3 5

Theo bảng 3.2 ta thực hiện 13 thí nghiệm tương ứng với chiều sâu cắt t và tốc độ chạy dao Sd như bảng 3.4.

Bảng 3.4. Số lượng thí nghiệm TT t (mm) Sd (m/phút)

1 0,1 5

2 0,4 5

3 0,1 15

4 0,4 15

5 0,04 10

6 0,46 10

7 0,25 3

8 0,25 17

9 0,25 10

10 0,25 10

11 0,25 10

12 0,25 10

13 0,25 10

Khi đó, phương trình hồi quy thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa độ nhám Ra và chiều sâu cắt t cùng tốc độ chạy dao dọc Sd có dạng:

0 ii

1 , 1; 1

. . . .

n n k

i i ij i j i

i i j i

i j

y b b x b x x b x

  



     (3.1)

3.3.2. Kết quả thực nghiệm a. Mẫu thí nghiệm

Thực hiện 13 thí nghiệm, lặp lại 2 lần với 26 mẫu thí nghiệm như sau:

Hình 3.3. Mẫu thí nghiệm đo độ nhám Ra b. Kết quả đo thí nghiệm

- Thực hiện thí nghiệm đo độ nhám Ra bằng máy đo Mitutoyo - Kết quả đo:

Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm Ra

TT t (mm) Sd (m/phút) Ra (lần 1) Ra (lần 2)

1 0,1 5 0,698 0,728

2 0,4 5 0,249 0,263

3 0,1 15 0,279 0,372

4 0,4 15 0,751 0,709

5 0,04 10 0,710 0,796

6 0,46 10 0,850 0,811

7 0,25 3 0,178 0,162

8 0,25 17 0,634 0,683

9 0,25 10 0,258 0,373

10 0,25 10 0,391 0,202

11 0,25 10 0,177 0,225

12 0,25 10 0,403 0,221

13 0,25 10 0,263 0,378

3.3.3. Xử lý kết quả thực nghiệm

a. Xác định phương trình hồi quy thực nghiệm

Sử dụng Excel để thực hiện xác định các hệ số của phương trình hồi quy.

Kết quả có được:

b0 b1 b2 b12 b11 b22

0.2891 0.007136703 0.097169548 0.215375 0.22710625 0.03835625 Với Fts= 5 – 1 = 4; chọn mức  = 0,05; tra bảng Student ta có t = 2,776; bi bị loại khi |ti|< t; so sánh kết quả b1, b22 bị loại.

Vì quy hoạch quay đều không trực giao nên khi có hệ số b bị loại thì cần tính lại các hệ số có nghĩa theo phương pháp bình phương nhỏ nhất.

G.B = XT.Y

Tức là ta thay các hệ số b còn lại vào phương trình trên (hệ số bị loại xem bằng 0). Khi đó, ta có hệ phương trình:

13.b0 + 0.b2 + 0.b12 + 8.b11 = 5,882

0.b0 + 7,998.b2 + 0.b12 + 0.b11 = 0,777 (3.2) 0.b0 + 0.b2 + 4.b12 + 0.b11 = 0,861

8.b0 + 0.b2 + 0.b12 + 12.b11 = 5,191 Giải hệ phương trình trên ta được:

b0 = 0,2891; b2 = 0,09717; b12 = 0,21538; b11 = 0,22711 Như vậy phương trình hồi quy tạm thời là:

y = 0.2891 + 0.09717x2 + 0.21538.x1.x2 + 0.22711x12 (3.3) Tiến hành kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi quy:

Tra bảng Fisher với F(fts, fdu, ) = F(4; 5; 0,05) = 6,2561. Do vậy phương trình hồi quy thích hợp.

Trả về biến thực từ các biến ảo theo công thức:

; ;

Ta được phương trình hồi quy biểu diễn mối quan hệ giữa chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến độ nhám Ra khi mài phẳng chi tiết bằng vật liệu thép C45.

Ra = 1,443552 – 7,91861.t – 0,052359.Sd + 0,287173.t.Sd + 10,09377.t2 (3.4) Mối quan hệ giữa Ra với chiều sâu cắt t và tốc độ chạy dao dọc Sd theo phương trình (3.4) được thể hiện ở Hình 3.4.

Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ra và t, Sd

Từ phương trình hồi quy 3.4, ta nhận thấy cả hai thông số chiều sâu cắt t và tốc độ chạy dao dọc Sd đều ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chi tiết gia công nhưng ở các mức độ khác nhau. Khi chiều sâu cắt (mài) tăng sẽ sinh ra các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng dẻo lớp vật liệu bề mặt, rung động máy, nhiệt cắt, lực cắt tăng lên... đây chính là các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt chi tiết khi gia công. Mặt khác, khi giảm chiều sâu cắt quá nhỏ sẽ làm các hạt mài không cắt gọt được, tại vùng cắt sẽ xảy ra hiện tượng trượt và làm độ nhám bề mặt chi tiết tăng lên.

0.4 0.3

t(mm) 0.2 Do thi do nham be mat

5 0.1 s(m/ph)

10 15

1.4

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.6

0.37209

0.37209 0.37209

0.37209

0.44211 0.442

0.44211 0.44211

0.442 11

0.44211 0.51212

0.512 12 0.51

21 2

0.51212

0.512 12

0.5121 2 0.58213

0.582 13

0.58213 0.58213

0.58213

0.5 8213

0.652 15 0.65

21 5 0.65215

0.65215

0.652 15

0.72216 0.72

21 6

0.72216 0.72216

0.72216

0.722 16

0.79217

0.79217 0.79217

0.79217

0.792 17

0.862 19

0.86219

0.9322

1.0022

1.0722

1.1422

1.1422 1.2123

1.2823 1.3523

1.4223

Bang gia tri Ra

t(mm)

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45

s(m/ph)

4 6 8 10 12 14 16

Khi tăng tốc độ chạy dao dọc Sd sẽ làm giảm các vết xước và làm giảm độ nhám bề mặt chi tiết gia công vì làm tăng vận tốc cắt. Nếu ta giảm tốc độ chạy dao Sd

quá nhỏ sẽ dẫn đến bề mặt chi tiết bị biến cứng dẫn đến các hạt mài nhanh mòn và sẽ làm tăng độ nhám của bề mặt gia công.

3.3.4. Tối ưu hóa độ nhám bề mặt

Từ phương trình hồi quy 3.4, sử dụng phần mềm Matlab để tìm giá trị tối ưu của chiều sâu cắt t và lượng chạy dao Sd để độ nhám Ra nhỏ nhất.

Kết quả, giá trị độ nhám nhỏ nhất Ramin = 0.3019 tương ứng với topt = 0.2708 (mm) và Sdopt = 8.5713(m/ph).

Tuy nhiên, thực tế sản xuất thấy rằng, không phải lúc nào cũng có thể gia công với các giá trị t và Sd tối ưu như trên. Tùy thuộc vào từng bước công nghệ mà khi thì ta ưu tiên chọn chiều sâu cắt hoặc lượng chạy dao; hoặc là định trước (dự đoán) giá trị độ nhám mong muốn đạt được, từ đó rút ra các giá trị chiều sâu cắt và lượng chạy dao tương ứng.

Ví dụ, trường hợp chiều sâu cắt t biết trước, chẳng hạn, chiều sâu cắt cho gia công tinh thường được chọn là t = 0.1(mm). Khi đó, từ phương trình hồi quy chúng ta cũng dễ dàng xác định giá trị tối ưu của độ nhóm bề mặt Ramin = 0.5222 tương ứng với Sd = 11.3306 (m/ph). Đồ thị mối quan hệ giữa Ra và Sd với t = 0.1(mm) được thể hiện ở Hình 3.5.

Hình 3.5. Quan hệ Ra với Sd tương ứng t = 0.1(mm)

Hoặc, trong trường hợp tốc độ chạy dao dọc Sd biết trước, ở đây, chúng ta chọn Sd =10(m/ph). Chúng ta cũng xác định được giá trị tối ưu của Ra và giá trị chiều sâu

cắt t tối ưu tương ứng. Với Sd = 10(m/ph), Ramin = 0.3158 tương ứng với t = 0.25(mm). Đồ thị mối quan hệ giữa Ra với t với Sd = 10(m/ph) được thể hiện ở

Hình 3.6.

s(m/ph)

2 4 6 8 10 12 14 16 18

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

1.2 Do thi do nham be mat khi t=0.1(mm)

Hình 3.6. Quan hệ Ra và t tương ứng với Sd = 10(m/ph).

3.4. Thiết kế giao diện tính toán chọn các thông số công nghệ tối ƣu Sd, t và độ nhám Ra

Từ những phân tích ở trên, nếu có thể xây dựng được giao diện, cho phép người sử dụng có thể chọn trước giá trị của chiều sâu cắt hoặc lượng chạy dao với giá trị độ nhám nhỏ nhất sẽ tìm được giá trị của lượng chạy dao hoặc chiều sâu cắt tương ứng;

hoặc chọn trước giá trị độ nhám và một trong hai giá trị chiều sâu cắt và lượng chạy dao thì sẽ có được giá trị còn lại.

Do vậy, luận văn đã thiết kế được giao diện tính chọn các thông số công nghệ như yêu cầu ở trên.

Từ phương trình hồi quy 3.4, ứng dụng phần mềm Matlab để thiết kế giao diện tìm giá trị độ nhám Ra tối ưu nhất đối với mối quan hệ giữa các thông số công nghệ (t, Sd), trong đó ta có thể chọn chiều sâu cắt t và Sd để tìm được Ra tối ưu nhất, hoặc ta có thể chọn Ra và chiều sâu cắt t trước để tìm Sd tối ưu nhất, hoặc ta có thể chọn Ra và Sd trước để tìm chiều sâu cắt tối ưu nhất. Với ứng dụng trên ta sẽ áp dụng để chọn chế độ cắt tối ưu nhằm đảm bảo độ nhám bề mặt chi tiết theo yêu cầu trong quá trình gia công mài phẳng bề mặt chi tiết trên máy mài phẳng HGS-65A. Trình tự nhập dữ liệu như sau:

t(mm)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5

0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75

0.8 Do thi do nham be mat khi s=10(m/ph)

Hình 3.7. Trang chính giao diện chọn Sd, t và độ nhám Ra

Tại giao diện cửa sổ trên ta chọn nút Start >> để vào hộp thoại chọn các thông số tối ưu Sd, t và độ nhám Ra, để thoát khỏi màn hình giao diện ta chọn nút Exit. Khi chọn nút Start >> lúc này sẽ xuất hiện cửa sổ sau:

Hình 3.8. Trang giao diện thể hiện các thông số tối ưu Sd , t, Ra

Cửa sổ trên thể hiện tổng hợp các thí nghiệm trong phạm vi khảo sát và tìm được Ra tối ưu ứng với chiều sâu cắt t và tốc độ chạy dao dọc Sd.

Để chọn các giá trị Ra, t, Sd ta nhấp vào nút More >> (nếu muốn thoát ta chọn nút Exit). Ta chỉ cần chọn nhập giá trị t và Sd sau đó nhấn vào nút Calculation thì sẽ tự động tìm được giá trị Ra tối ưu. Các giá trị chiều sâu cắt t và tốc độ chạy giao Sd được giới hạn trong phạm vi khảo sát. Phần giao diện bên trái thể hiện biểu đồ thể hiện độ nhám bề mặt Ra khi ta chọn nút Surface, để thể hiện bảng giá trị Ra ta chọn nút Coutour. Để trở về bước thực hiện trước đó ta chọn nút << Back.

Hình 3.9. Trang giao diện để tính toán độ nhám Ra tối ưu

Khi ta muốn tìm Sd tối ưu nếu biết trước độ nhám Ra và chiều sâu cắt t thì ta nhấp vào nút Cal. Sd, lúc này ta gán chọn các giá trị chiều sâu cắt t và độ nhám Ra có thể xuất hiện 2 giá trị Sd1 và Sd2 thì ta chọn giá trị tối ưu là Sd lớn nhất để thời gian gia công là nhỏ nhất, phương pháp thực hiện chọn như sau:

Hình 3.10. Trang giao diện để tính toán tốc độ chạy dao dọc Sd tối ưu

Tương tự, khi ta muốn tìm t tối ưu nếu biết trước Ra và Sd thì ta nhấp vào nút Cal. t, lúc này ta nhập giá trị tốc độ chạy dao Sd và giá trị độ nhám Ra, tùy theo lượng dư gia công mà ta có thể chọn t1 hoặc t2, phương pháp thực hiện chọn như sau:

Hình 3.11. Trang giao diện để tính toán chiều sâu cắt t tối ưu

KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG CỦA ĐỀ TÀI

Qua quá trình nghiên cứu đề tài “Tối ưu hóa một số thông số công nghệ khi mài phẳng”, trên máy mài phẳng HGS-65A, tác giả đã áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc 2 hỗn hợp quay đều Box – Hunter để xác định được phương trình hồi quy biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số công nghệ chiều sâu cắt t và tốc độ chạy dao dọc Sd đến độ nhám bề mặt chi tiết Ra khi mài phẳng bằng vật liệu thép C45. Sử dụng phần mềm Matlab giải phương trình hồi quy và tìm được các giá trị công nghệ (t, Sd) tối ưu với giá trị độ nhám Ra nhỏ nhất. Ngoài ra, trên cơ sở phương trình hồi quy, viết được giao diện cho phép người sử dụng có thể chọn trước giá trị của chiều sâu cắt hoặc lượng chạy dao với giá trị độ nhám nhỏ nhất sẽ tìm được giá trị của lượng chạy dao hoặc chiều sâu cắt tương ứng; hoặc chọn trước giá trị độ nhám và một trong hai giá trị chiều sâu cắt và lượng chạy dao thì sẽ có được giá trị còn lại.

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của Đề tài sẽ giúp cho quá trình nghiên cứu tiếp theo cho một số thông số công nghệ khác như tốc độ cắt v, tốc độ chạy dao ngang Sng, độ rung động của máy, nhiệt cắt, lực cắt, vật liệu đá mài, dung dịch làm mát, ... ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chi tiết khi gia công và cũng là cơ sở để nhân rộng và tiếp tục nghiên cứu trên các máy mài phẳng khác thuộc các hãng sản xuất khác nhau nhằm đạt được mục tiêu là sản phẩm đạt được các cấp độ nhám theo yêu cầu, nâng cao chất lượng bề mặt làm việc của chi tiết, tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm.