3.1.1 Mô hình hoá quá trình nghiên cứu
Tiện cứng là một phương pháp gia công tinh lần cuối sử dụng dao cắt với lưỡi cắt có hình dáng hình học xác định để gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp như chỏm cầu mà không phải dùng dưỡng đạt độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt cao mà không cần qua nguyên công mài. Nghiên cứu về tiện cứng nhằm tìm ra các thông số chế độ cắt thích hợp để tối ưu hoá quá trình gia công, đạt được các chỉ tiêu tốt nhất về kỹ thuật là rất cần thiết.
Để nghiên cứu tối ưu hoá chế độ cắt một cách có logic và hệ thống trên cơ sở nghiên cứu tổng quan và các kết quả đã nghiên cứu. Ta xây dựng mô hình hoá khi tiện như hình 3.1
Hình 3.1 Mô hình tối ưu hoá quá trình cắt khi tiện
Từ mô hình trên ta thấy, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt khi tiện như: Độ cứng vững của hệ thống công nghệ, độ chính xác của máy, vật liệu và chất lượng của phôi gia công, chất lượng và thông số hình học của dụng cụ cắt, chế độ cắt s,v,t..,chúng có ảnh hưởng lớn đến thông số đầu ra là các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật như: Năng suất, chất lượng và độ chính xác bề mặt gia công, mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt.
Để tối ưu hoá chế độ cắt ta phải xây dựng mối quan hệ giữa hàm mục tiêu và các thông số công nghệ, sau đó khảo sát bài toán tìm cực trị, tìm miền tối ưu và cách xác định các phương án tối ưu cho quá trình cắt trong những điều kiện khác nhau. Từ kết quả tối ưu hoá ta có thể xây dựng được mô hình và giải bài toán tối ưu theo các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật.
3.1.2 Những định hướng khi nghiên cứu tối ưu hoá chế độ cắt khi tiện cứng vật liệu thép hợp kim đã qua tôi (cụ thể là thép X12M ) bằng dụng cụ cắt CBN trên trung tâm tiện CNC.
Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan ở chương 1 và dựa vào điều kiện thiết bị thí nghiệm hiện có ở Việt Nam đề tài xây dựng những điều kiện và nhiệm vụ nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm tối ưu hoá chế độ cắt khi tiện thép hợp kim X12M đã qua tôi đạt độ cứng 57-58 HRC với dụng cụ cắt là vật liệu siêu cứng CBN trên trung tâm tiện CNC theo những định hướng sau:
-Xây dựng mô hình hoá quá trình nghiên cứu và thực nghiệm nhằm đưa ra mô hình tổng quát quá trình nghiên cứu.
-Phân tích những nghiên cứu về chế độ cắt thép hợp kim đã qua tôi đạt độ cứng 57÷58 HRC và thực nghiệm sơ bộ để xác định khoảng chế độ cắt nghiên cứu
-Thiết kế, hệ thống thực nghiệm: Hệ thống đo mòn dụng cụ cắt, hệ thống đo độ nhám bề mặt, chất lượng bề mặt gia công…
-Xác định ma trận thí nghiệm và xây dựng mô hình quy hoạch thực nghiệm, từ đó thiết lập chương trình quy hoạch để tìm điểm cực trị và miền tối ưu hoá quá trình gia công.
- Các thông số được quan tâm tối ưu là là vận tốc cắt V(m/ph), lượng chạy dao S(mm/vòng) và chiều sâu cắt t(mm), các thông số này được lựa chọn tối ưu dựa vào điều kiện gia công cụ thể.
- Các hàm mục tiêu tối ưu là: Chất lượng bề mặt và độ mòn dụng cụ cắt
- Các điều kiện biên khi nghiên cứu được xác định dựa trên các yêu cầu kỹ thuật, điều kiện gia công và các đại lượng đặc trưng cho quá trình cắt.
-Tối ưu hoá chế độ cắt khi tiện thép hợp kim X12M đã qua tôi đạt độ cứng 57- 58 HRC với dụng cụ cắt là vật liệu siêu cứng CBN trên trung tâm tiện CNC. Xác định cực trị, miền tối ưu hoá (sử dụng phần mềm Minitab).
- Kết quả quy hoạch thực nghiệm được phân tích khách quan bằng cách nghiên cứu và khảo sát chất lượng bề mặt (độ nhám bề mặt, tính chất cơ lý của lớp bề mặt sau gia công cơ) và độ mòn của dụng cụ khi tiện chi tiết dạng trụ bằng vật liệu là thép hợp kim X12M thông qua ảnh SEM chụp trên kính hiển vi điện tử.
-Từ kết quả khảo sát tối ưu hoá, ta xác định được điểm cực trị và miền tối ưu cho từng thông số. Từ đó đưa ra những kết luận và hướng dẫn cụ thể nhằm ứng dụng vào thực tế sản xuất cho quá trình tiện các chi tiết bằng vật liệu là thép hợp kim X12M bằng dụng cụ cắt CBN trên trung tâm tiện CNC.
3.1.3. Mô hình hoá toán học quá trình nghiên cứu
Để thực hiện tối ưu hoá quá trình gia công và tìm cực trị, ta cần phải mô hình hoá toán học các hàm mục tiêu.
Các hàm mục tiêu ở dạng tổng quát như sau: Y=ƒ(s,v,t)
Trong đó Y là chỉ tiêu tối ưu hoá (thông số đầu ra) là chất lượng bề mặt (độ nhám bề mặt, tính chất cơ lý của lớp bề mặt sau gia công cơ) và độ mòn dụng cụ.
Các thông số s,v,t là các đại lượng nghiên cứu (Lượng chạy dao, vận tốc cắt, chiều sâu cắt). Các hàm mục tiêu được xây dựng trên cơ sở quá trình nghiên cứu thực nghiệm.
Để phản ánh khách quan quá trình nghiên cứu ta cần khảo sát nhiều thông số ảnh hưởng tới quá trình gia công, khi đó vấn đề cần phải giải quyết sẽ triệt để và toàn diện hơn. Tuy nhiên, về mặt toán học thì quá trình nghiên cứu sẽ rất phức tạp và khó áp dụng vào thực tiễn sản xuất, nhưng nếu bỏ qua nhiều thông số ảnh hưởng thì mô hình và kết quả nghiên cứu sẽ kém chính xác. Do vậy, khi chọn hàm mục tiêu tối ưu hoá quá trình cắt ta cần giới hạn bài toán phù hợp với điều kiện gia công cụ thể, các giới hạn này là các điều kiện biên của hàm mục tiêu.
Từ cơ sở nghiên cứu tổng quan và những định hướng quá trình nghiên cứu như trên, đề tài “ Xây dựng mô hình dự đoán nhám bề mặt và mòn dụng cụ khi tiện cứng thép X12M đã qua tôi bằng dụng cụ cắt CBN ” thực hiện trên hệ thống
công nghệ cụ thể nhằm giải quyết đạt mục đích về nâng cao chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công khi tiện cứng. Vì vậy cần nghiên cứu và khảo sát các hàm mục tiêu cụ thể như sau:
-Độ nhám bề mặt :Ra/Rz =f(s,v,t) RaMin /RzMin
-Mòn dụng cụ cắt :hs=f(s,v,t) hsmin
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là chất lượng bề mặt và độ mòn dụng cụ cắt. Vì vậy, việc khảo sát nhiều đại lượng như lực cắt, nhiệt cắt, rung động, mòn dụng cụ cắt, độ chính xác gia công… sẽ phản ánh đầy đủ và khách quan quá trình nghiên cứu khi tiện.
Trong phần tổng quan của đề tài đã tổng hợp một số công trình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài, ta thấy có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công như: Thông số hình học dụng cụ cắt, các thông số chế độ cắt, vật liệu phôi, độ cứng vững công nghệ và phương pháp bôi trơn làm mát…Trong nội dung nghiên cứu của đề tài tác giả cố định một số thông số đầu vào như vật liệu gia công và phương pháp làm mát. Các thông số được quan tâm và khảo sát là: Vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt