BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN[.]
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-
TRẦN TUẤN ANH
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN LD 134.OE
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Hà Nội - 2012
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-
TRẦN TUẤN ANH
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN LD 134.OE
Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp
Mã Số: 60.52.14
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS HOÀNG VIỆT
Hà Nội - 2012
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được bản luận văn này, trong suốt thời gian qua tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân Nhân dịp này cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thày giáo
hướng dẫn khoa học TS Hoàng Việt đã dành nhiều thời gian chỉ bảo tận tình
và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình
Tôi trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng cán bộ giáo viên, công nhân viên chức Trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành nhiệm vụ;
Chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Cao đẳng nghề Cơ Giới Ninh Bình, Khoa CNPTNT, Bộ môn gia công kim loại nơi tôi công tác
Tôi trân trọng cảm ơn Trung tâm thực nghiệm khoa Chế biến Lâm sản -Trường Đại học Lâm nghiệp, Công ty cổ phần cơ khí lắp máy LILAMA, Ninh Bình, Trung tâm thực nghiệm Khoa Cơ khí chế tạo- Trường cao đẳng nghề cơ giới Ninh Bình,cùng các đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thiện các kết quả luận văn Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu nặng đến Bố, Mẹ cùng gia đình đã thường xuyên quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất về tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian vừa qua
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của tôi
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 11 tháng 08 năm 2012
Tác giả
Trần Tuấn Anh
Trang 4MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn i
Mục lục ii
Danh mục các chữ viết tắt iv
Danh mục các bảng vi
Danh mục các hình vii
ĐẶT VẤN ĐỀ 1
Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3
1.1 Tình hình nghiên cứ u gia công cắt gọt bằng phương pháp tiện và máy tiện trên thế giới 3
1.2 Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở trong nước 9
1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu 12
Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14
2.1 Mục tiêu nghiên cứu 14
2.2 Đối tươ ̣ng, pha ̣m vi nghiên cứu 14
2.3 Nội dung/ nhiệm vụ nghiên cứu 15
2.4 Phương pháp nghiên cứu 15
2.4.1 Các phương pháp nghiên cứu chung 15
2.4.2 Nội dung và phương pháp luận nghiên cứu thực nhiệm 16
Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 30
3.1 Khả năng công nghệ và các thông số kỹ thuật của máy tiện LD 134.OE 30
3.2 Động học và động lực học quá trình cắt 31
3.2.1 Động học của quá trình cắt 31
Trang 53.2.2 Động lực học của quá trình cắt 36
3.3 Chất lượng gia công 39
3.3.1 Chất lượng bề mặt gia công 39
3.3.2 Độ nhám bề mặt gia công 41
3.3.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công 42
3.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công 43
Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 51
4.1 Mục tiêu thực nghiệm và các tham số điều khiển 51
4.1.1 Mục tiêu thực nghiệm 51
4.1.2 Các tham số điều khiển và khoảng giới hạn của chúng 51
4.2 Thiết bị đo và phương pháp đo 52
4.3 Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố 53
4.3.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt 53
4.3.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt 56
4.4 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố 61
4.4.2 Xác định mô hình toán của hàm chi phí năng lượng riêng N r 62
4.4.3 Xác định mô hình toán của hàm độ nhám bề mặt R a 64
4.4.4 Chuyển phương trình hồi quy của các hàm mục tiêu về dạng thực 65
4.4.5 Xác định giá trị tối ưu của các thông số V, S 66
4.5.6 Gia công chi tiết với các thông số tối ưu V, S 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
Trang 6DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
xmax Trị số thu thập lớn nhất của đối tượng đo
xmin Trị số thu thập nhỏ nhất của đối tượng đo
x Sai số trung bình mẫu
Y Giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu
Px
Thành phần Lực chiều trục hay lực chạy
Δd Sai số đườ ng kính chi tiết gia công
Gó c trước
α Gó c sau
Gó c sắc
δ Gó c cắt của lưỡi dao
Trang 7 Gó c nghiêng của lưỡi dao
ΔLd Đô ̣ dãn dài của dao
C Hệ số phụ thuộc vào chế đô ̣ cắt
nct Dung lươ ̣ng mẫu cần thiết
ηxy Hình chiếu của góc thoát phoi lên mặt xy
Y Giá trị trung hình
S Sai số tiêu chuẩn
2 max
S Phương sai lớn nhất trong thí nghiê ̣p
2 u
S Phương sai của thí nghiê ̣m thứ u
2 y
S Phương sai do sự thay đổi thông số đầu vào
2 e
S Phương sai ngẫy nhiên do thực nghiê ̣m gây
ra
K* Số hệ số hồi quy có nghĩa
Y1 Hàm biểu thi ̣ đô ̣ nhám bề mă ̣t
Y2 Hàm biểu thi ̣ sai số kích thước
Trang 8DANH MỤC CÁC BẢNG
4.1 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng
riêng khi vận tốc cắt thay đổi
52
4.2 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi
vận tốc cắt thay đổi
54
4.3 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng
riêng khi lượng chạy dao thay đổi
56
4.4 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi
lượng chạy dao thay đổi
58
Trang 9DANH MỤC CÁC HÌNH
3.1 Máy tiện LD134 ta ̣i trường Cao đẳng nghề Cơ Giới Ninh
3.2 Chuyển động chính và chuyển động chạy dao khi tiện 31
3.5 Các yếu tố của chế độ cắt và lượng chạy dao dọc: 35
3.7 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến các tỷ
4.1 Đồ thị biểu diễn tương quan giữa vận tốc cắt với chi phí
4.2 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt 55
4.3 Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến chi phí
năng lượng riêng Nr
57
4.4 Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến độ nhám bề
mặt Ra
59
4.5 Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đối với chi
phí năng lượng riêng Nr
62
4.6 Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đối với hàm
Trang 10ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong xu thế toàn cầu hóa, để nâng cao sức cạnh tranh trong quá trình hội nhập chúng ta cần phát triển sản xuất theo hướng tối giảm chi phí gia công trên cơ sở đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm
Tối ưu hóa quá trình sản xuất là một công cụ hữu hiệu để đạt được mục tiêu đó Tuy nhiên tối ưu hóa toàn bộ quá trình sản xuất nói chung, trong chế tạo cơ khí nói riêng là một bài toán rất lớn và chỉ có thể giải quyết được sau khi đã thực hiện được nhiệm vụ tối ưu hóa các nguyên công của quá trình gia công cơ khí
Nghiên cứu tối ưu hóa nguyên công chẳng những nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của từng nguyên công mà còn tạo ra các dữ liệu quan trọng phục vụ việc tự động hóa quá trình chuẩn bị công nghệ, rút ngắn thời gian và khối lượng lao động khi chuẩn bị sản xuất, đồng thời còn tạo ra các điều kiện
cơ bản cho việc điều khiển nguyên công tiến tới tự động hóa quá trình sản xuất
Khi tố i ưu hóa các chế đô ̣ của các quá trình công nghê ̣, cũng như các chế độ làm viê ̣c của máy gia công sẽ diễn ra việc giải nhiều bài toán Các bước cơ bản hoàn thành chúng được tổng quát la ̣i như sau: Xác đi ̣nh mu ̣c đích
và phân tích tổng quát bài toán tối ưu; Luâ ̣n chứng và lựa chọn các chỉ tiêu tối
ưu hoá; Lựa chọn các yếu tố tham số điều khiển và phân tích ảnh hưởng của chú ng tới tiêu chuẩn tối ưu; Tính toán và phân tích tất cả các thông tin, thiết
lập và chọn lo ̣c các điều kiê ̣n giới ha ̣n; Xây dựng mô hình toán ho ̣c của quá trình, kiểm tra sự thích hơ ̣p của nó đối với viê ̣c bao hàm các yếu tố quan tro ̣ng nhất, các yếu tố này ảnh hưởng tới quá trình công nghê ̣; Thiết lâ ̣p thuâ ̣t toán giải tối ưu của quá trình; Tối ưu hóa quá trình trên mô hình; Nghiên cứu quá trình trên mô hình, đánh giá các kết qủa, thiết lâ ̣p và trình bày các kiến nghi ̣
Trang 11Như vậy, tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt là một yêu cầu tất yếu khách quan Một trong những vấn đề mấu chốt cần phải giải quyết để nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình gia công chế tạo cơ khí là phải xác định được chế độ cắt tối ưu cho từng nguyên công khác nhau, thích ứng với điều kiện sản xuất cụ thể
Máy tiện LD 134.OE - thiết bị phục vụ đào tạo và sản xuất tại Cao đẳng nghề Cơ Giới Ninh Bình, máy với tính năng gia công tạo các mặt trụ ngoài, mặt côn, tiện lỗ, tiện ren, tiện mặt đầu, tiện cắt đứt, tiện các bề mặt định hình trong và ngoài…Tuy nhiên quá trình sản xuất các chi tiêt, sản phẩm cơ khí ở các cơ sở còn có nhiều bất cập như chất lượng, năng suất thấp, giá thành cao làm hạn chế tính cạnh tranh của sản phẩm, gây không ít khó khăn trong khâu tiêu thụ Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu tạo lập cơ sở khoa học xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng gia công, thiết lập mô hình toán học bài toán tối ưu hóa qúa trình và nghiên cứu
sử dụng hiệu quả thiết bị nhập nội trong điều kiện Việt Nam
Từ những luận điểm khoa học và yêu cầu thực tiễn nêu trên chúng tôi
tiến hành thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng
của một số yếu tố chế độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng bề mặt gia công trên máy tiện LD 134.OE ” Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là
tài liệu cần thiết cho tính toán thiết kế, cải tiến và sử dụng hiệu quả các thiết
bị phục vụ đào tạo cán bộ kỹ thuật và thực tiễn sản xuất, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất
Trang 12Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tình hình nghiên cư ́ u gia công cắt gọt bằng phương pháp tiện và máy tiện trên thế giới
Tiện là phương pháp gia công cắt gọt được thực hiện nhờ chuyển động chính thông thường do phôi quay tròn tạo thành chuyển động cắt Vc kết hợp với chuyển động tiến dao là tổng hợp của hai chuyển động tiến dao dọc Sd và tiến dao ngang Sng do dao thực hiện Theo nguyên liệu và sản phẩm được gia công có thể phân ra gia công cơ khí và gia công vật liệu phi kim
Gia công tiện cơ khí là quá trình gia công kim loại bằng cơ học - một trong những quá trình chế tạo sản phẩm thông dụng nhất của ngành chế ta ̣o
máy Cùng với sự phát triển của gia công kim loại bằng cơ học, lý thuyết cắt gọt kim loại đã ra đời và phát triển không ngừng
Nhiều công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại phải kể đến các nhà bác học Xô Viết (Liên Xô cũ) như giáo
sư viện sĩ V.A Arsinop, giáo sư G.C Andrev, V.F Bobrov, C.H Philonenko, Iacốp Bachisep, Paven Dakhaba, Lép Sôbakin, các nhà bác ho ̣c
Mỹ như Boston O.W., Ernst H., Merchant M.E.,…
Lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i đi sâu nghiên cứu về quá trình tạo phoi, các lực phát sinh trong quá trình gia công bằng cơ giới, công suất của thiết bị, chất lượng sản phẩm khi gia công… những đại lượng này rất cần thiết, chúng làm cơ sở cho việc lựa chọn hình dáng, tính toán kích thước của các công cụ cắt, tính toán thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công
Nhiều công trình đi sâu nghiên cứu cắt gọt chuyên dùng như: phay, tiện của G.C Andrev, A.V Rudnev, V.F Bobrov; cơ sở lý thuyết mài nhẵn của E
H Maclov…đã đưa ra những phân tích cụ thể về động học các quá trình cắt gọt Đó là những công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những
Trang 13kinh nghiệm thực tế trong gia công kim loại mà trên thế giới lúc đó ít có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời
Nghiên cứu quá trình cắt vật theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được các nhà khoa học trên thế giới tiến hành như: M.P Semko, E.M.Trent; Granôpxki (Nga);V Gazda (Tiệp Khắc (cũ); P Korecky (Pháp); J Shinozuka (Nhật); Bhattacharya A (Ấn Độ) với những kết luận quan trọng
về các sơ đồ cắt động học, sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt
Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i ngày càng được hoàn chỉnh với những công trình nghiên cứu mới về các lực phát sinh trong quá trình gia công kim loại bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và chính xác hơn về những cơ sở vật lý của quá trình cắt, hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt Lực cắt đơn vị và các qui luật của lực cắt được xác định thông qua công thức lý thuyết [5, 15, 31, 42, 47]
Chế độ cắt được đặc trưng bởi ba thông số: vận tốc cắt, lượng chạy dao
và chiều sâu cắt Chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công, tiêu hao năng lượng và năng suất các máy Nhiều công trình của các nhà khoa học
đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lực cắt, sự hao mòn của công cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ “ Máy - Dao cắt
- Đồ gá - Chi tiết gia công” cũng như các hiện tượng lý - hóa xảy ra trong vùng cắt Điển hình là công trình của nhà bác học Nga Granôpxki về phân nhóm các sơ đồ cắt động học, công trình của Zorev N.N về các lực cắt trên các bộ phận của dao cắt, các công trình của các nhà khoa học Đức Kronenberg, Friedrich, Hippler… về các qui luật cơ bản của lực cắt, các công trình lý thuyết và thực nghiệm của các nhà khoa học Sokolovski, Kasirin, Tlusty, Tolias, Bhattacharya … đã đi sâu và chính xác hóa nhận thức về nguyên lý và qui luật tự rung khi gia công, hay các công trình của các nhà
Trang 14khoa học Ostermann, Laladze, Malkin, Smith về phương pháp giải tích của trường nhiệt độ trong dụng cụ cắt, phoi và chi tiết gia công
Trong lĩnh vực gia công vật liệu phi kim loại mà điển hình là vật liệu
gỗ với đặc tính phức tạp (không đồng nhất và bất đẳng hướng) đã có nhiều công trình nổi tiếng về khoa học cắt gọt gỗ, vật liệu từ gỗ Năm 1870, tỷ suất lực cắt lần đầu tiên được giáo sư tiến sĩ I A Time xác định cho các trường hợp cắt đơn giản bằng phương pháp thực nghiệm [17, 22, 37]
Năm 1933, giáo sư tiến sĩ M A Đesevôi đã tổng hợp và xây dựng hoàn chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ Năm 1939, ông cho ra đời cuốn sách “Kỹ thuật gia công gỗ”, đó là một công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế trong gia công gỗ mà trên thế giới lúc đó chưa có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời [17]
Tỷ suất lực cắt và theo đó tính toán lực cắt, công suất cắt, công suất đẩy khi tiện gỗ gỗ đã được giáo sư tiến sĩ A L Bersatski xác định bằng công thức thực nghiệm [17, 41]
Nghiên cứu quá trình cắt gỗ theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được các nhà khoa học Mỹ tiến hành như C Fraz [37], với những kết luận quan trọng về sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt, chất lượng gia công GS B.M.Buglai đã nghiên cứu độ nhẵn phần lớn các dạng gia công gỗ Theo khả năng của máy, dao cắt và theo yêu cầu của các khâu công nghệ Ông đã phân thành 10 cấp độ nhẵn bề mặt gia công, độ nhẵn cao nhất có thể đạt là 16 m và thấp nhất là 1600 m [17,25]
Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy công cụ, máy cắt kim loại nói chung, các máy gia công tiê ̣n nói riêng đã được các nhà khoa ho ̣c nghiên cứu từ khá sớm Năm 1712 ông Nartôp, một thợ cơ khí người Nga [6,28] đã chế tạo được máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình Việc chép hình theo mẫu được thực hiện tự động Chuyển động dọc của bàn dao do