Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá.

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI VÀ GIA CÔNG TRỤC VÍT ACSIMET 5

1.1 Giới thiệu về trục vít 5

1.2 Vật liệu chế tạo trục vít 5

1.2.1 Khái niệm bộ truyền trục vít – bánh vít 5

1.2.2 Thép hợp kim, đặc điểm và ứng dụng 9

1.3 Gia công mài 10

1.3.1 Khái niệm mài 10

1.3.2 Kỹ thuật mài 10

1.3.3 Gia công cơ khí bằng phương pháp mài 10

1.3.4 Mài trục vít 10

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 11

1.4.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ mài ngoài nước 11

1.4.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ mài trong nước 15

1.4.3 Tình hình nghiên cứu về trục vít trên thế giới 19

1.4.4 Tình hình nghiên cứu về trục vít trong nước 20

1.5 Xác định nhiệm vụ nghiên cứu của luận án 21

1.6 Kết luận chương 1 21

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI RĂNG TRỤC VÍT ACSIMET VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SAU KHI MÀI 22

2.1 Công nghệ chế tạo bộ truyền trục vít - bánh vít 22

2.1.1 Đặc điểm của bộ truyền trục vít – bánh vít 22

2.1.2 Chế tạo trục vít và bánh vít 24

2.2 Nghiên cứu các đặc điểm của đường xoắn vít để gia công chi tiết 31

2.2.1 Xoắn ốc Acsimet 2D 31

2.2.2 Xoắn Acsimet 3D 33

2.3.2 Xác định hình dạng cho biên dạng đá để mài trục vít 39

2.4 Kiểm tra độ chính xác gia công bằng độ tiếp xúc ăn khớp cho bộ truyền trục vít -bánh vít 50

2.4.1 Cơ sở lý thuyết xác định vết tiếp xúc 50

2.4.2 Thực nghiệm xác định vết tiếp xúc 53

2.5 Kiểm tra độ nhám bề mặt 53

2.6 Đánh giá độ tiêu hao đá 55

2.7 Xác định biên dạng đá để mài trục vít Acsimet 55

2.7.1 Cơ sở lý thuyết 55

2.7.2 Xác định biên dạng đá để mài trục vít Acsimet 58

2.8 Phương pháp gia công và mài trục vít 64

2.8.1 Đặc điểm của các loại trục vít – bánh vít 64

2.8.2 Cắt các trục vít trên máy tiện 65

2.9 Phân tích để gia công trục vít 66

2.9.1 Hệ tọa độ chung của chuyển động tương đối của trục vít và dụng cụ cắt 66

2.9.2 Cấu hình trục vít 67

2.10 Mô hình hoá trạng thái làm việc của đá mài để xác định lượng tiêu hao đá và phương pháp chọn đá mài 68

2.10.1 Mô hình toán học trạng thái mài 68

2.10.2 Cách chọn đá mài 71

2.11 Kết luận chương 2 72

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÀI RĂNG TRỤC VÍT VÀ GIA CÔNG BÁNH VÍT 73

3.1 Quá trình nghiên cứu thực nghiệm 73

3.1.1 Lựa chọn bộ truyền trục vít – bánh vít Acsimet 73

3.1.2 Thiết kế hộp tốc độ kiểm tra vết tiếp xúc 80

3.2 Phương pháp xác định vết tiếp xúc 80

3.3 Lượng tiêu hao đá (ktd) 81

3.4 Tiêu chuẩn về nhám bề mặt khi mài 82

3.6.1 Lấy mẫu và trang thiết bị sử dụng trong thực nghiệm 84

3.6.2 Trình tự thí nghiệm: 89

3.7 Cơ sở lấy các điểm thí nghiệm 89

3.8 Quy trình chế tạo trục vít Acsimet Gia công trục vít trên máy CNC 90

3.9 Gia công bánh vít 91

CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM MÀI TRỤC VÍT ACSIMET VÀ TỐI ƯU HÓA 96

4.1 Mô hình và kế hoạch thí nghiệm 97

4.2 Tối ưu hóa chế độ công nghệ mài trục Acsimet thép 35CrMo, 38CrMo và 40Cr 101

4.2.1 Thép 35CrMo 101

4.2.2 Thép 38CrMo 119

4.2.3 Thép 40Cr 125

4.3 Thảo luận kết quả 130

4.4 Thực nghiệm đánh giá kết quả của quá trình tối ưu hóa bằng vết tiếp xúc 131

4.4.1 Chế tạo mô hình kiểm tra vết tiếp xúc 132

4.4.2 Kết quả thực nghiệm 132

4.4.3 Đánh giá kết quả quá trình mài bằng vết tiếp xúc 135

4.5 Kết luận chương 4 137

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 138

TÀI LIỆU THAM KHẢO 140

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 147

Hình 1.1 Bộ truyền trục vít – bánh vít 5

Hình 1.2 Trục vít làm bằng thép 7

Hình 1.3 Ứng dụng bộ truyền trục vít – bánh vít 8

Hình 1.4 Phương pháp mài trục vít 11

Hình 2.1 Các thông số của trục vít và bánh vít 23

Hình 2.2 Sơ đồ gá đặt trục vít khi cắt tinh răng 26

Hình 2.3 Sơ đồ gá dao khi tiện trục vít 27

Hình 2.4 Sơ đồ gá dao một phía khi cắt răng trục vít 27

Hình 2.5 Sơ đồ gá dao hai phía để cắt răng trục vít 27

Hình 2.6 Sơ đồ gá dao phay đĩa khi cắt răng trục vít 28

Hình 2.7 Sơ đồ xoáy răng trục vít 28

Hình 2.8 Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài dạng đĩa 29

Hình 2.9 Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài côn dạng chậu 29

Hình 2.10 Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài kiểu chốt 30

Hình 2.11 Các phương pháp cắt răng bánh vít 31

Hình 2.12 Xoắn ốc Acsimet 33

Hình 2.13 Xoắn không gian 34

Hình 2.14 Sơ đồ xác định biên dạng của rãnh răng, đảm bảo độ ổn định của biên dạng đá mài 42

Hình 2.15: Toạ độ quá trình mài 47

Hình 2.16 Cấu trúc 3 chiều của xoắn vít 48

Hình 2.17 Sơ đồ cấu tạo đá mài 48

Hình 2.18 Mối quan hệ hình học giữa đá mài và trục vít 49

Hình 2.19 Thông số bề mặt không gian 52

Hình 2.20 Mô tả tiếp xúc bề mặt không gian 53

Hình 2.21 Tiếp xúc elip 53

Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý đo theo biên dạng 55

Hình 2.23 Mô hình mài trục vít Acsimet 57

Hình 2.24 Sơ đồ thuật toán xác định biên dạng đá mài 61

Hình 2.27 Biên dạng đá mài 63

Hình 2.28 Kích thước của biên dạng đá mài 63

Hình 2.29 Đá mài để gia công 64

Hình 2.30 Biên dạng đá mài bên trái 64

Hình 2.31 Trục vít thân khai 65

Hình 2.32 Trục vít có Acsimet 66

Hình 2.33 Sơ đồ cắt trục vít 67

Hình 2.34 Hệ tọa độ chung chuyển động tương đối giữa trục vít và dụng cụ cắt 68

Hình 2.35 Biên dạng trục vít 68

Hình 2.36 Sơ đồ thay đổi trạng thái hạt do mài mòn các cạnh cắt 71

Hình 3.1 Biên dạng ren Acsimet, góc ren 30 o 74

Hình 3.2 Quá trình cắt bánh vít 75

Hình 3.3: Điều chỉnh dao phôi 75

Hình 3.4 Trục vít Acsimet 80

Hình 3.5 Hộp tốc độ 81

Hình 3.6 Chiều dày và hình dạng phoi 83

Hình 3.7 Sơ đồ khối quá trình thực nghiệm 85

Hình 3.8 Mẫu trục vít thí nghiệm 85

Hình 3.9 Máy tiện CNC gia công trục vít Acsimet 87

Hình 3.10 Máy mài trục vít Acsimet 88

Hình 3.11 Đồng hồ so kiểm tra hành trình 89

Hình 3.12 Biến tần điều chỉnh 89

Hình 3.13: Trục vít sau gia công 92

Hình 3.14: Bánh vít sau gia công 92

Hình 3.15: Mẫu thí nghiệm 93

Hình 3.16: Hộp giảm tốc 93

Hình 3.17: Trục vít kiểm nghiệm ban đầu 94

Hình 3.18: Đo vết tiếp xúc 94

Hình 3.19: Quá trình mài trục vít 94

Hình 4.2 Đồ thị ảnh hưởng bậc hai của các thông số chế độ cắt đến độ nhám khi mài trục vít Acsimet thép 35CrMo 104 Hình 4.3 Đồ thị ảnh hưởng chéo của các thông số chế độ cắt đến độ nhám khi mài trục vít Acsimet thép 35CrMo 104

Hình 4.4 Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến độ nhám R a khi mài thép 35CrMo 105

Hình 4.5 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, S tới độ nhám R a khi mài thép 35CrMo 106 Hình 4.6 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, v tới độ nhám Ra khi mài thép 35CrMo 106 Hình 4.7 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số S, v tới độ nhám R a khi mài thép 35CrMo 107 Hình 4.8 Biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu R a khi mài thép 35CrMo 108 Hình 4.9 Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu độ nhám R a khi mài thép 35CrMo 108 Hình 4.10 Cân điện tử 110 Hình 4.11 Đồ thị ảnh hưởng bậc nhất của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài trục vít Acsimet khi mài thép 35CrMo 113 Hình 4.12 Đồ thị ảnh hưởng bậc hai của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài trục vít Acsimet khi mài thép 35CrMo 113 Hình 4.13 Đồ thị ảnh hưởng chéo của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài trục vít Acsimet khi mài thép 35CrMo 113 Hình 4.14 Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài thép 35CrMo 115 Hình 4.15 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, S tới lượng hao đá khi mài thép 35CrMo 115 Hình 4.16 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n,v tới lượng hao đá khi mài thép 35CrMo 115

Hình 4.18 biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu khi mài thép

35CrMo 116

Hình 4.19 Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu lượng tiêu hao đá khi mài thép 35CrMo 117

Hình 4.20 Ảnh hưởng của S và v đến R a khi mài thép 38CrMo 121

Hình 4.21 Ảnh hưởng của n và v đến R a khi mài thép 38CrMo 122

Hình 4.22 Ảnh hưởng của n và S đến R a khi mài thép 38CrMo 122

Hình 4.23 Ảnh hưởng của S và v đến k td khi mài thép 38CrMo 124

Hình 4.24 Ảnh hưởng của n và v đến k td khi mài thép 38CrMo 124

Hình 4.25 Ảnh hưởng của n và S đến k td khi mài thép 38CrMo 125

Hình 4.26 Ảnh hưởng của S và v đến R a khi mài thép 40Cr 127

Hình 4.27 Ảnh hưởng của n và v đến R a khi mài thép 40Cr 127

Hình 4.28 Ảnh hưởng của n và S đến R a khi mài thép 40Cr 128

Hình 4.29 Ảnh hưởng của S và v đến k td khi mài thép 40Cr 128

Hình 4.30 Ảnh hưởng của n và v đến k td khi mài thép 40Cr 129

Hình 4.31 Ảnh hưởng của n và S đến k td khi mài thép 40Cr 129

Hình 4.32 Quá trình đo vết tiếp xúc 133

Hình 4.33 Mẫu kiểm tra vết tiếp xúc khi chưa mài 135

Hình 4.34 Quá trình hình thành vết tiếp xúc khi chưa mài 135

Hình 4.35 Thông số đo vết tiếp xúc khi chưa mài 136

Hình 4.36 Quá trình tạo vết trên răng bánh vít chưa nhiệt luyện 136

Bảng 2.1 Công thức tính trục vít và bánh vít ăn khớp với trục vít Acsimet 24

Bảng 2.2 Các phương án cắt răng trục vít và bánh vít 26

Bảng 2.3 Lượng dư (mm) mài trục vít hình trụ (lượng dư một phía) 30

Bảng 2.4 Tỷ lệ nhỏ nhất của phần gốc vật liệu mài, % 38

Bảng 2.5 Phạm vi sử dụng các dụng cụ hạt mài có độ hạt khác nhau 38

Bảng 2.6 Độ hạt của các bột mài 40

Bảng 2.7 Sự phụ thuộc của sai số tương đối Δt α / t α vào tỷ số r / τ và góc α 46

Bảng 3.1 Thành phần hoá học của thép 76

Bảng 3.2 Thông số hình học của trục vít 79

Bảng 3.2 Tiêu chuẩn bảng vết tiếp xúc 81

Bảng 3.3 Tiêu chuẩn vết tiếp xúc 81

Bảng 3.4 Tiêu chuẩn độ chính xác lắp ghép của bộ truyền trục vít (không điều chỉnh) 82

Bảng 3.5 Cấp nhẵn bóng bề mặt khi mài 84

Bảng 4.1 Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm khởi đầu 99

Bảng 4.2 Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu 99

Bảng 4.3 Ma trận thí nghiệm và giá trị của các yếu tố khi thí nghiệm 100

Bảng 4.4 Ma trận thực nghiệm và kết quả tính toán sau khi đo của các chỉ tiêu 101

Bảng 4.5 Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu Ra 102

Bảng 4.6 Giá trị tối ưu hóa các thông số chế độ cắt và giá trị hàm mục tiêu Ra khi mài thép 35CrMo 109

Bảng 4.7 Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu Ra khi mài thép 35CrMo 112

Bảng 4.8 Giá trị tối ưu hóa các thông số chế độ cắt và giá trị hàm mục tiêu k td khi mài thép 35CrMo 117

Bảng 4.9: Kết quả đo thực nghiệm trên thép 38CrMo 119

Bảng 4.10 Kết quả đo độ nhám Ra sau thí nghiệm 120

Bảng 4.11 Kết quả đo độ nhám k td sau thí nghiệm 122

Bảng 4.12 Kết quả tối ưu hoá khi mài thép 35CrMo và 38CrMo 125

Bảng 4.13 Ma trận thực nghiệm và kết quả tính toán sau khi đo của các chỉ tiêu 125

Bảng 4.14 Kết quả tối ưu hoá khi mài thép 40 Cr, 38CrMo và 35CrMo 129

Bảng 4.16 Kết quả vết tiếp xúc của răng trục vít Acsimet trước và sau mài 136

Ký hiệu Đơn vị Giải thích

d1, d2 mm Đường kính vòng chia của trục vít, bánh vít

de, De mm Đường kính vòng đỉnh của trục vít, bánh vít

di, Di mm Đường kính vòng đáy của trục vít, bánh vít

h mm Chiều cao vòng xoắn (hoặc chiều cao răng)

h’ mm Chiều cao đầu vòng xoắn (hoặc chiều cao đỉnh răng)h’’ mm Chiều cao chân vòng xoắn (hoặc chiều cao chân răng)

ntd g Lượng tách kim loại khi mài

Sa mm Chiều dày vòng xoắn hoặc chiều dày răng theo vòng chia

Ký hiệu Giải thích

Manufacturing Gia công được hỗ trợ bằng máy tính

CAD Computer Aided – Design Thiết kế được hỗ trợ bằng máy tínhCNC Computer Numerical Control Điều khiển số bằng máy tính

CAE Computer Aided Engineering Quá trình kỹ thuật được hỗ trợ bằng

máy tính

CLTE Coefficient of linear thermal

expansion Hệ số tuyến tính giãn nở tuyến tính

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Công trìnhđược thực hiện tại Viện nghiên cứu cơ khí dưới sự hướng dẫn của PGS TS Trần

Vệ Quốc và TS Đỗ Đình Lương

Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưatừng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Người cam đoan

Trần Đình Hiếu

Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bảnthân, Tôi đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy giáo, côgiáo và tập thể nghiên cứu khoa học.

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến: PGS TS Trần Vệ Quốc và TS

Đỗ Đình Lương là những người đã tận tình hướng dẫn, định hướng, đào tạo vàgiúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo ở Viện nghiên cứu cơkhí, trường ĐH Công nghiệp Hà Nội, đã giảng dạy, chỉ bảo, góp ý và tạo điềukiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này

Tôi xin chân thành cảm ơn phòng giao dịch công ty đá mài Hải Dươngtại The Manor Central Park, Đường Nguyễn Xiển, Đại Kim, Hoàng Mai, HàNội đã tư vấn và hỗ trợ tận tình cho tôi hoàn thành luận án này

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô đồng nghiệp trong trường Đạihọc Sư phạm kỹ thuật Vinh đã tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian và vật chất đểtôi hoàn thành luận án này

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính yêu và biết ơn tới đại gia đình, bạn

bè đã thực sự động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi học tập tại, nghiêncứu tại Viện nghiên cứu cơ khí

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Nghiên cứu Sinh

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài.

Việc ứng dụng mài là một nguyên công gia công lần cuối đã xuất hiện trước đâykhoảng 2 triệu năm, khi mà những dụng cụ thời tiền sử được sản xuất bằng quá trình mài(chipping-abrade) Các hạt mài tự nhiên được sử dụng cho tới những năm 1980, khi màcác quặng được phát hiện và khai thác để chế tạo Al2O3 và SiC Các hạt mài nhân tạo tỏ

ra có nhiều ưu điểm vượt trội so với hạt mài tự nhiên vì có thể khống chế lượng tạp chấttrong đó, có thể điều khiển chất lượng của hạt mài trong quá trình sản xuất Công nghiệpsản xuất hạt mài đã điều khiển được các tính chất như kích thước hạt, độ bền của hạt phùhợp với các ứng dụng mài khác nhau

Cho đến nay đã có nhiều các công trình nghiên cứu về mài được thực hiện bởi cácnhà khoa học ở các trường đại học, viện nghiên cứu và các doanh nghiệp trong nướccũng như trên thế giới Khi nghiên cứu về mài các nhà nghiên cứu tập trung giải quyếtcác vấn đề liên quan đến máy mài, đá mài, chi tiết mài cũng như chế độ cắt khi mài,nhiệt cắt khi mài và dung dịch tưới nguội Tuy nhiên các nghiên cứu trước đây chủ yếuthực hiện nghiên cứu với trường hợp mài phẳng hoặc mài tròn ngoài, mài định hìnhnhư: ren vít, rãnh tròn xoay, … mà chưa có nhiều những nghiên cứu chuyên sâu đốivới trường hợp mài trục vít Acsimet Trong khi mài trục vít Acsimet có những đặcđiểm khác biệt so với các phương pháp mài thông thường

Hiện nay ngành Chế tạo máy nước ta đang phát triển rất mạnh mẽ không nhữngtăng về số lượng mà cả về chất lượng, trong đó chất lượng sản phẩm là tiêu chí rất quantrọng cho việc phát triển bền vững là cơ sở quyết định đến giá thành sản phẩm Thiết bị,máy móc đảm bảo chất lượng, đảm bảo độ bền trong quá trình hoạt động thì yêu cầutừng chi tiết của thiết bị, máy móc đó phải đảm bảo chất lượng theo đúng yêu cầu củangười thiết kế đặt ra Tuy nhiên để đánh giá chất lượng chi tiết máy gồm nhiều tiêu chínhư độ chính xác về kích thước, hình dáng hình học, tính chất cơ lý, chất lượng bề mặt,trong đó chất lượng bề mặt chi tiết máy là một chỉ tiêu rất quan trọng để nâng cao độ bềnchi tiết máy Quan trọng nhất là các nguyên công gia công tinh, bởi vì ở các nguyêncông này các đặc tính chất lượng của lớp bề mặt được hình thành rõ nét Điều này nóilên tầm quan trọng của các phương pháp gia công tinh trong quy trình công nghệ và sựcần thiết phải xác định phương pháp gia công hợp lý với chế độ cắt tối ưu Trong giacông chi tiết máy đang ứng dụng nhiều phương pháp gia công tinh khác nhau và thường

tập trung lại thành bốn nhóm chính là: Gia công bằng dụng cụ cắt có lưỡi; gia công bằngcác hạt mài kết dính; gia công bằng các hạt mài tự do và gia công bằng biến dạng dẻo bềmặt Chất lượng của bề mặt gia công của chi tiết không chỉ phụ thuộc vào tính chất cơ lýcủa vật liệu mà còn phụ thuộc vào trạng thái của lớp bề mặt, các chi tiết được chế tạo từmột loại vật liệu như nhau nhưng theo các phương pháp công nghệ và chế độ cắt khácnhau sẽ có tính chất của lớp bề mặt khác nhau Nói đến chất lượng bề mặt chi tiết khi giacông là nói đến độ nhám bề mặt chi tiết, đó là một trong các tiêu chí để đánh giá chấtlượng bề mặt đặc trưng cho tính chất hình học của bề mặt gia công Hiện nay có rấtnhiều công trình nghiên cứu đến ảnh hưởng của chế độ cắt trên các máy công cụ nhưmáy tiện, máy phay, máy doa, máy tiện CNC, máy phay CNC, Tuy nhiên thực tế córất nhiều chi tiết máy đòi hỏi có độ bóng bề mặt cao và thường được gia công bằngphương pháp mài Một trong những yêu cầu quan trọng khi gia công bằng phương phápmài, mài là phải chọn chế độ cắt hợp lý, cần phải tính toán và lựa chọn một cách hợp lýkhi gia công để đảm bảo tăng năng suất, nâng cao chất lượng bề mặt, độ chính xác củachi tiết,

Đối với trục vít nói chung và trục vít Acsimet nói riêng mài để đạt được yêu cầu kỹthuật cần xác định được biên dạng của đá để mài, với các chi tiết định hình như trục vítthì đá mài chưa được phổ biến dạng thương mại để sử dụng

Trong đề tài tác giả sử dụng các mác thép hợp kim có hàm lượng các bon trungbình là 40Cr, 35CrMo và 38CrMo là Các loại thép phổ biến hiện nay trong sản xuất vàchế tạo chi tiết máy [19], [2] và để xem xét sự ảnh hưởng của hàm lượng hợp kim ảnhhưởng đến quá trình mài trục vít vì vậy sử dụng thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo

Từ những yêu cầu trên việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độmài trục vít acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá” mang tính cấpthiết, không chỉ phục vụ cho việc giảng dạy ở nhà trường mà còn đáp ứng cho quá trìnhgia công chế tạo hiện nay tại các doanh nghiệp

- Tối ưu hóa chế độ cắt: Vận tốc quay phôi, vận tốc đá và lượng chạy dao hướngtrục đến nhám bề mặt khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo

- Tối ưu hóa chế độ cắt: Vận tốc quay phôi, vận tốc đá và lượng chạy dao hướngtrục đến hệ số tiêu hao đá tương đối khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và38CrMo

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Nghiên cứu quá trình mài răng trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo,

đo độ nhám vết tiếp xúc bề mặt răng trục vít Acsimet thép 38CrMo sau khi đã mài bằng

đá mài cho thép sau nhiệt luyện Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặtkhi mài và lượng tiêu hao đá

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về quá trình mài, các công trình nghiên cứu đã được công

bố trong và ngoài nước Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về mài và những vấn đề cơ bản củacông nghệ mài; ảnh hưởng của các thông số công nghệ, các đặc trưng của đá mài và quátrình mòn của nó đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công trên máy mài

- Xây dựng mô hình thí nghiệm: Xác định chi tiết để thí nghiệm, xác định phươngpháp thí nghiệm, lựa chọn thiết bị gia công, xác định biên dạng đá, thiết bị đo kiểm từ đóxây dựng các bước tiến hành thí nghiệm

- Nghiên cứu thực nghiệm mài bề mặt răng: Đo các thông số cần thiết phục vụ choquá trình nghiên cứu, đánh giá kết quả đo kiểm, xử lý và hoàn thiện số liệu

5 Phương pháp nghiên cứu:

Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và sử dụng phần mềm chuyên dụng để xử lý kết quảthực nghiệm và thực nghiệm chế tạo để kiểm chứng cơ sở lý thuyết

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

- Kết quả nghiên cứu được dùng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy, nghiên cứu,làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo và ứng dụng vào thực tế sản xuất: Xác định đượcchế độ cắt tối ưu khi mài trục vít thép hợp kim và lượng tiêu hao đá tương đối tại vị trítối ưu.

7 Cấu trúc của luận án.

Kết cấu của luận án gồm 4 chương và phần kết luận:

- Chương 1 Tổng quan về mài ren trục vít và gia công bánh vít

- Chương 2 Cơ sở lý thuyết về mài răng trục vít Acsimet và phương pháp đánh giáchất lượng sau khi mài

- Chương 3 Nghiên cứu thực nghiệm mài răng trục vít và gia công bánh vít

- Chương 4 Thực nghiệm mài trục vít Acsimet và tối ưu hóa

Kết luận và kiến nghị

8 Các kết quả mới của luận án.

- Đề xuất được chế độ cắt tối ưu khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và38CrMo theo độ nhám

- Xây dựng được biên dạng đá mài trục vít Acsimet theo phương pháp kỹ thuật số

- Xác định được chế độ mài tối ưu hoá lượng tiêu hao đá khi mài trục vít Acsimetthép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo

- Thực nghiệm vết tiếp xúc giữa trục vít và bánh vít để đánh giá kết quả tối ưu hóabằng phương pháp tâm xoay

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI VÀ GIA CÔNG TRỤC VÍT ACSIMET 1.1 Giới thiệu về trục vít

Bộ truyền trục vít - bánh vít, gọi tắt là bộ truyền trục vít, được xếp vào loại truyềnđộng răng - vít, kết hợp giữa bộ truyền bánh răng và vít Bộ truyền trục vít thường dùng

để truyền chuyển động và công suất giữa hai trục vuông góc với nhau trong không gian,hoặc chéo nhau và góc giữa hai trục thường là 90o Trục có rất nhiều loại với cấu tạo vàứng dụng phù hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau Trục vít có bề mặt cơ bản cầngia công là các bề mặt trụ tròn xoay ngoài và bề mặt răng trục vít Các bề mặt tròn xoaythường dùng làm mặt lắp ghép Do vậy các bề mặt này thường được gia công với các độchính xác khác nhau

1.2 Vật liệu chế tạo trục vít

1.2.1 Khái niệm bộ truyền trục vít – bánh vít

Truyền động trục vít – bánh vít hoạt động theo nguyên lý ăn khớp truyền chuyểnđộng và công suất giữa 2 trục chéo nhau trong không gian Có cấu tạo bao gồm có trụcvít bánh vít phối hợp với nhau cùng với sự ăn khớp giữa ren của trục vít và răng củabánh vít Bánh vít giống như hình vẽ loại bánh răng nghiêng – thường làm bằng hợp kimmàu

Hình 1.1 Bộ truyền trục vít – bánh vít+ Phân loại trục vít

Theo tài liệu [19] Trục vít Acsimet, được kí hiệu ZA, có góc prôfin trong mặt cắtdọc của răng α x thường từ 14,50 đến 270 thông dụng α x = 200

Trục vít trụ thân khai, được kí hiệu Z1, có góc prôfin α n trong mặt cắt pháp của răngthanh răng đối tiếp với trục vít;

Trục vít có prôfin răng phẳng trong mặt cắt pháp của răng, được kí hiệu ZN1;

Trục vít có prôfin rãnh răng phẳng trong mặt cắt pháp của rãnh răng, được kí hiệuZN2;

Trục vít trụ được tạo hình bằng mặt côn, kí hiệu ZK;

Trong thực tế thường sử dụng rộng rãi trục vít Acsimet ZA Việc chế tạo trục vít

ZA thường được thực hiện trên máy với dao tiện có prôfin phù hợp với prôfin gốc củatrục vít và không qua mài răng Đối với truyền động trục vít có công suất lớn cần sửdụng trục vít convôlút (ZN1, ZN2) cũng như trục vít tạo hình bằng mặt côn (ZK1) Cácloại trục vít này cần được mài răng

Trong trường hợp chịu tải không lớn, nhiệt độ thấp (v t ≤ 2m/s) có thể tạo trục vít

từ thép C35, CT60, gang grafit cầu, gang xám GX21-40

Để gia tăng hiệu quả truyền động cũng như tuổi thọ của trục, chúng nên được giacông bằng các loại máy CNC hiện đại với đa dạng loại vật liệu khác nhau

Theo tài liệu [2] Bánh vít thường được chế tạo từ các loại vật liệu có tính chốngdính tốt và khả năng giảm ma sát Các loại vật liệu này có thể phân làm 3 nhóm:

Nhóm 1: Đồng thanh có giới hạn bền kéo không hơn 300 MPa, gồm có:

a) Đồng thanh nhiều thiếc (6 - 10% Sn) như БpОФ 10-1 và БpОHФ, các loại đồng này

có tính chống dính tốt nhưng do đắt và hiếm nên chỉ dùng khi vận tốc trượt lớn (vs = 5…

Các loại vật liệu này có cơ tính tốt, rẻ hơn đồng thanh thiếc nhưng tính chốngdính kém nên chỉ sử dụng khi vận tốc trượt vs ¿ 5 m/s Để tăng khả năng chống dính vàgiảm mòn, trục vít ăn khớp với bánh vít làm bằng vật liệu nhóm II này cần được mài vàđánh bóng cẩn thận, đồng thời cần có độ rắn cao (HRC ≥ 45)

Nhóm III: Gang xám tương đối mềm như: Cч 12-28, Cч 15-32, Cч 18-36, dùng thíchhợp cho các bộ truyền chậm tải thấp với vs ¿ 2 m/s

Trục vít được chế tạo bằng các loại thép cacbon chất lượng tốt và thép hợp kim.Khi tải trọng trung bình hoặc nhỏ, có thể dùng thép tôi cải thiện độ rắn HB ¿ 350, chẳnghạn thép 45, 50, 35XM v.v, để chế tạo trục vít sau khi cắt ren trục vít không được mài

Khi tải trọng lớn hơn hoặc trung bình, dùng trục vít chế tạo bằng thép cacbontrung bình (45, 40X, 40XH, v.v) được tôi bề mặt hoặc thể tích đạt độ rắn 40 55 HCRhoặc thép cacbon đạt độ rắn 58 63 HCR (thép 15X, 20X, 12XH3A, 18XΓT v.v) Saukhi tôi hoặc thấm than, bề mặt ren trục vít được mài và đánh bóng

+ Phổ biến trục vít thường sử dụng vật liệu thép tôi + ram, bánh vít sử dụng hợpkim đồng thiếc hoặc đồng nhôm + sắt hoặc đồng Niken Trong các trường hợp đặc biệtbánh vít làm bằng thép tôi + ram, trục vít làm bằng đồng hoặc gang hợp kim Ví dụ trongmáy dập thuốc viên

Hình 1.2 Trục vít làm bằng thép

+ Bánh vít bằng nhựa được sử dụng cho các tải trọng cực nhẹ như linh kiện ô tô

và robot Khi ghép nối với trục kim loại, chúng có hiệu suất hoạt động êm hơn và khôngcần bôi trơn Ngoài ra, trục bằng nhựa còn chống ăn mòn và hóa chất

+ Trục vít bằng thép không gỉ được làm bằng thép SUS 304 và SUS 316 Vì tínhnăng không gỉ, chúng lý tưởng cho các điều kiện ẩm ướt Vật liệu này thường được sửdụng cho ngành thực phẩm, đồ uống, dược phẩm, y tế, hoá chất, …

- Ứng dụng của bộ truyền trục vít – bánh vít

Dựa vào tính năng của trục vít, mà nó có các ứng dụng sau:

Vì khả năng ít gây tiếng ồn, trục phù hợp cho các ứng dụng trong đời sống

Trục có khả năng dừng lại nhanh Điều này phù hợp cho quá trình vận hành củathang máy

Thiết kế nhỏ gọn thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu hiệu quả cao nhưng khônggian hạn chế

Thích hợp cho các xe địa hình và xe xây dựng yêu cầu lượng mô-men xoắn khácnhau

Sử dụng làm vô lăng xe ô tô, chi tiết máy …

Hình 1.3 Ứng dụng bộ truyền trục vít – bánh vít

Trục vít – bánh vít với nhiều loại cùng cấu tạo chắc chắn và đa dạng ứng dụng đã

và đang là giải pháp truyền động được ưa chuộng hiện nay Trục vít – bánh vít được làmbằng các loại vật liệu khác nhau sẽ phù hợp với nhiều mục đích sử dụng và hiệu quảtruyền động riêng biệt Do đó cần nắm rõ cấu tạo cũng như những ứng dụng và vật liệucấu thành chúng để có thể lựa chọn loại trục vít phù hợp nhất

Tuy nhiên bộ truyền trục vít cũng tồn tại những nhược điểm không nhỏ như: Hiệusuất thấp, sinh nhiệt nhiều do vận tốc trượt lớn Ngoài ra thì giá thành chế tạo đắt do vậtliệu chế tạo bánh vít thường là kim loại màu để giảm ma sát Vậy nên vật liệu được sửdụng chủ yếu để chế tạo bộ truyền trục vít – bánh vít hiện nay ngoài thực tế đó là: Trụcvít thường làm bằng thép; Bánh vít thường làm bằng hợp kim màu, cụ thể là hợp kimcủa đồng (đồng thanh), để tiết kiệm kinh phí có thể làm bánh vít từ thân bằng thép vàvành ngoài bằng kim loại màu rồi liên kết 2 phần này với nhau Thực tế thì trục vít(thường là trục dẫn động) được làm bằng thép và liền với trục vì chịu tải lớn, còn bánhvít (thường là bánh bị dẫn động, nhận chuyển động từ trục vít)

Trong đề tài nghiên cứu trục vít Acsimet modun trục vít có các thông số cơ bản:

m = 3; Số đầu mối z = 1; đường kính đỉnh d a = 38 mm

1.2.2 Thép hợp kim, đặc điểm và ứng dụng

Thép hợp kim là thép (với thành phần chính là sắt và cacbon) được nấu pha trộnvới các nguyên tố hoá học khác (Crom, Mo, đồng, mangan, niken, ) Tuỳ theo số lượngkhác nhau của các nguyên tố và tỷ lệ của chúng trong thép mà thay đổi độ cứng, độ đànhồi, tính dễ uốn, sức bền và khả năng chống oxy hóa của thép thành phẩm

Tại Nga, Trung Quốc và một số nước phương Đông, thép hợp kim được chia làm

3 nhóm: thép hợp kim thấp, thép hợp kim trung bình và thép hợp kim cao Ở phươngTây chỉ phân biệt hai loại thấp và cao Sự khác nhau giữa hai loại này không có sự ranhgiới rõ ràng Theo tiêu chuẩn của Nga, thép hợp kim thấp có tổng lượng hợp kim nhỏhơn 2,5%, ở thép hợp kim cao tỉ lệ này lớn hơn 10%

- Đặc tính của thép hợp kim:

Các nguyên tố có lợi được đưa vào một cách đặc biệt với lượng đủ lớn như vậyđược gọi là nguyên tố hợp kim Chúng bao gồm các nguyên tố với hàm lượng lớn hơncác giới hạn cho từng nguyên tố (không có giá trị chung cho mọi nguyên tố)

Thép 40Cr được sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy Sau khi làm nguội vàtôi luyện, nó sẽ có được đặc tính cơ học tốt và độ bền va đập ở nhiệt độ cao và độ cứngcủa nó là tốt Sau khi làm nguội dầu, giới hạn mỏi sẽ cao hơn Ngoài ra, giá thành khôngcao, dễ gia công Sau khi xử lý nhiệt thích hợp, nó sẽ có độ dẻo dai, dẻo và chống màimòn tốt Loại thép tương đương của 40Cr là 40MnB, 45MnB, 35SiMn, 42SiMn,40MnVB, 42MnV, 40MnMoB, 40MnWB, v.v

Do tính cân bằng tốt giữa độ bền, độ dẻo và khả năng chống mài mòn, thép35CrMo, 38CrMo được sử dụng rộng rãi để chế tạo các bộ phận quan trọng làm việctrong môi trường khắc nghiệt, ví dụ: trục truyền động, bánh răng và ổ trục thường chịuứng suất chu kỳ cao, tải trọng lớn, và ăn mòn môi trường xung quanh

- Theo tài liệu [20, 21] Chọn vật liệu để chế tạo trục vít và bánh vít là tùy thuộc trị số củatải trọng, vận tốc trượt và khả năng cung cấp vật liệu Với tải trọng tương đối lớn, vậntốc nhỏ nên dùng đồng thanh nhôm sắt để chế tạo bánh vít, dùng thép hợp kim và thépcacbon chất lượng tốt để chế tạo trục vít, sau khi cắt răng, trục vít được tôi hoặc thấmcacbon đạt độ rắn cao (HRC ¿ 45) sau đó được mài và đánh bóng Chọn vật liệu và côngnghệ chế tạo như vậy sẽ làm cho kích thước bộ truyền gọn hơn, tăng khả năng chốngdính và giảm mòn mặt ren bánh vít Ngược lại, khi bộ truyền chịu tải trọng nhỏ hơnnhưng với vận tốc trượt lớn hơn nên dùng các loại đồng thanh thiếc để chế tạo bánh vít,trục vít thép có thể được tôi hoặc thấm cacbon đạt độ rắn cao (HRC ¿ 45), được mài vàđánh bóng, hoặc được tôi cải thiện với độ rắn thấp hơn (HB ¿ 350 ¿ và không mài

1.3 Gia công mài

1.3.1 Khái niệm mài

Mài là một trong những phương pháp gia công kim loại quan trọng mà ngày naychủ yếu được thực hiện trên các máy mài công nghệ mới

Hiện nay, các quá trình gia công kim loại này được thực hiện chủ yếu trên các máycắt gọt kim loại Ngày càng có nhiều công nghệ mới được áp dụng vào ngành gia công

cơ khí do đó, các loại máy móc ngày càng được nâng cấp, cải thiện và thực hiện đượcnhiều nhiệm vụ trong hàng loạt những thao tác cắt gọt vật liệu

1.3.2 Kỹ thuật mài

Mài là một trong những hình thức gia công kim loại cơ bản Để mài chi tiết, người

ta thường sử dụng đá mài Đá mài sẽ lấy đi một lớp kim loại siêu mỏng trên bề mặt chitiết, làm nhẵn mịn chi tiết và thông thường sau gia công mài, sản phẩm sẽ có độ bóngtrên bề mặt rất cao Các loại máy mài càng hiện đại thì đá mài của chúng càng có thể gọt

đi những lớp kim loại rất mỏng Các máy mài công nghệ cao có thể đạt đến độ chính xáckhi gia công khoảng 0,001mm Phương pháp mài có thể được thực hiện trên những vậtliệu từ cứng đến rất cứng (ví dụ như thép hợp kim đã nhiệt luyện…) Phương pháp được

áp dụng khi ta không thể dùng một phương pháp nào khác để tạo bề mặt nhẵn và bóngcho chi tiết có độ mỏng nhất định Hiện nay chúng ta có những phương pháp mài cơ bản,

đó là mài mặt ngoài các chi tiết có dạng hình trụ, mài mặt ngoài các chi tiết có hình chóptròn, mài lỗ chi tiết (mài bên trong) và mài mặt phẳng (như bàn rà, thước thẳng, thước đogóc…) Trong đề tài tác giả nghiên cứu quá trình mài răng trục vít dạng Acsimet là biêndạng đặc biệt mà trong nước chưa có công trình khoa học nghiên cứu và công bố hiệnnay

1.3.3 Gia công cơ khí bằng phương pháp mài

Gia công cơ khí bằng phương pháp mài có hai dạng, đó là mài thô và mài tinh

- Mài thô: Đây là giai đoạn gia công sơ bộ một vật, được thực hiện trong một thờigian ngắn, đơn giản chỉ là loại bỏ bớt phần kim loại thừa Yêu cầu khi thực hiện mài thôchính là trong thời gian ngắn nhất làm sao để loại bỏ được nhiều lớp kim loại nhất Bềmặt vật không nhẵn, mịn và độ chính xác của sản phẩm còn thấp

- Mài tinh: Mài tinh là quá trình gia công một cách chi tiết, kỹ lưỡng mặt ngoài củasản phẩm Sau khi gia công tinh, sản phẩm có độ bóng cao và độ chính xác cần thiết.Mài tinh làm mất các vết sinh ra bởi gia công mài thô Để sản phẩm đạt độ chính xác caonhư yêu cầu, sau khi mài thô người ta tiến hành mài tinh sản phẩm thêm nhiều lần nữa

1.3.4 Mài trục vít

Quá trình mài răng được thực hiện khi độ cứng của vật liệu cao khiến cho phải cắtrăng với các phương pháp khác nhau hoặc dụng cụ cắt đơn điểm không thể cắt được.

Phương pháp mài răng cho kết quả độ chính xác cao và có thể đạt được độ bóng

bề mặt cao hơn so với phương pháp gia công khác

Hình 1.4 Phương pháp mài trục vít

Được gia công trên máy mài răng chuyên dùng; Nó kết hợp một đường dẫn vítchính xác để đưa ra bước răng chuẩn hoặc đường dẫn trên đoạn có ren Máy mài răngcũng có nghĩa là chỉnh sửa hoặc sửa lưỡi cắt của bánh đá mài vì vậy nó sẽ gia côngchính xác biên dạng răng Bánh đá mài được sử dụng để mài là bánh đá mài có sườn(sống) mài đơn hoặc bánh đá mài có nhiều sườn mài như hình 1.4 Loại bánh đá mài cósườn mài đơn được sử dụng để mài những răng có chiều dài lớn (bước lớn) và yêu cầurăng có chiều dài theo chiều dọc trục lớn Còn loại đá mài có nhiều sườn mài được sửdụng mài có bước ngắn (loại răng có chiều dài ngắn) Bánh đá mài được đưa nghiêng(tiến nghiêng) so với phôi trong quá trình mài răng Vì vậy với trục vít Acsimet cần xácđịnh được hình dạng của sườn mài sao cho phù hợp và đạt được yêu cầu kỹ thuật

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Mài là một trong những phương pháp gia công tinh quan trọng nhất Trải qua quátrình phát triển của mình, công nghệ mài đã có những bước phát triển vượt bậc Các máymài ngày càng được hoàn thiện, chất lượng đá mài ngày càng cao, phương pháp màingày càng có vị trí quan trọng trong các quá trình sản xuất cơ khí Có thể nói mài là mộttrong những nguyên công quan trọng nhất quyết định đến chất lượng sản phẩm Điềunày đã được nhấn mạnh trong các cuốn sách chuyên khảo về mài cũng như trong cácgiáo trình công nghệ chế tạo máy ở Việt Nam và giáo trình quá trình sản xuất cơ khí trênthế giới [10, 28- 30]

1.4.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ mài ngoài nước

Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu về mài Các lĩnh vực nghiên cứu vềmài rất đa dạng Khi nghiên cứu về mài, các nhà nghiên cứu tập trung giải quyết các vấn

đề liên quan đến máy mài, đá mài, chế độ cắt, nhiệt cắt và dung dịch tưới nguội… Một

số hướng nghiên cứu chính đó là:

- Hướng nghiên cứu 1: Nghiên cứu về máy mài trong đó tập trung nghiên cứu về độ

chính xác gia công khi mài, nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới trong các lĩnh vựcđiều khiển, … để hướng đến giám sát và tự động hóa quá trình mài, tối ưu hóa quá trìnhmài

Trong tài liệu [47] đã thực hiện nghiên cứu về phương pháp mài vô tâm để mài cácchi tiết dạng tròn xoay Đặc biệt, trong công trình nghiên cứu này tác giả đã thực hiệnnghiên cứu ứng dụng phương pháp mài vô tâm chạy dao ngang định vị chi tiết trên cácgiá đỡ cố định để mài rãnh lăn vòng bạc ổ bi cầu

Như vậy, trong tài liệu [47], đã chỉ ra được các ưu điểm của phương pháp mài địnhhình rãnh lăn vòng bạc ổ bi cầu định vị trên các giá đỡ cố định Đồng thời, đã phân tích

và đánh giá được ảnh hưởng của các góc gá đặt giá đỡ trên máy đến độ chính xác hìnhđáng hình học mặt cắt ngang của chi tiết mài Từ đó đưa ra được bộ thông số gá đặt tối

ưu các giá đỡ cố định Tuy nhiên, trong tài liệu tác giả chưa nghiên cứu ảnh hưởng củacác yếu tố chế độ cắt đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài

Năm 1981, tài liệu [33] đã nghiên cứu về các vấn đề thường gặp phải trong quátrình mài định hình Nhóm tác giả đã chỉ ra được các yếu tố hình học chính của đá khimài tiến dao nghiêng để mài mặt trụ và mặt đầu trên máy mài tròn ngoài như: Chiều rộng

đá ap, đường kính trung bình ds và góc nghiêng β Từ đó tác giả đã chỉ ra được quan hệgiữa chiều dài cung tiếp xúc lý thuyết lk với góc nghiêng β đối với các đường kính phôikhác nhau Đồng thời xây dựng được đồ thị mối quan hệ thực nghiệm giữa độ nhám bềmặt của chi tiết mài với thông số góc nghiêng β ứng với một số điều kiện mài nhất định

Năm 2010, trên cơ sở kết quả nghiên cứu trong tài liệu [48] đã tiếp tục thực hiệnnghiên cứu ứng dụng phương pháp mài định hình vô tâm định vị chi tiết trên 2 giá đỡ cốđịnh để mài định hình rãnh lăn vòng bạc ổ bi cầu

Tài liệu [48] nhận thấy, trong suốt quá trình mài, bề mặt gia công của vòng bạcphải luôn tiếp xúc với 2 giá đỡ và đá mài Độ chính xác hình đáng hình học của rãnh lăn

ở đây bị ảnh hưởng nhiều bởi độ ổn định của vòng bạc vòng bi trên các giá đỡ trong suốtquá trình mài Do đó, khi điều chỉnh quá trình mài tinh trên 2 giá đỡ cố định, tài liệu [48]

đã tập trung nghiên cứu các giải pháp nhằm đảm bảo vị trí ổn định của vòng bạc Tác giả

đã đưa ra sơ đồ vị trí các lực tác dụng lên vòng bạc vòng bi trong quá trình mài vô tâm

bề mặt ngoài trên 2 giá đỡ cố định và xác định góc λ của lực ép Q Trong đó, lực ép Q

được tạo ra là do độ lệch tâm e giữa tâm quay của phôi gia công và tâm A của cực từ đểduy trì sự tiếp xúc liên tục giữa phôi và hai giá đỡ cố định Lực Q phụ thuộc vào độ lệchtâm e, vận tốc góc ɷ, áp lực R, hệ số ma sát giữa cực từ và phôi gia công.

Ngoài ra, trong tài liệu [49] tác giả đã tiến hành phân tích sự hình thành biên dạngmặt cắt ngang của chi tiết khi mài định hình vô tâm rãnh lăn vòng bạc ổ bi cầu định vịtrên các giá đỡ cố định Từ đó đánh giá ảnh hưởng của sai lệch hình dạng hình học banđầu của phôi và góc gá đặt các giá đỡ cố định trên máy đến sai lệch độ tròn của chi tiếtkhi mài vô tâm chạy dao ngang trên các giá đỡ cố định Tác giả đã đưa ra kết luận đốivới phôi có các dạng méo 2, 3, 4 và 5 cạnh thì góc điều chỉnh tối ưu nằm trong khoảng từ

700 đến 1200 Như vậy, đã phân tích lực và các yếu tố hình thành mặt cắt ngang khi màiđịnh hình vô tâm định vị trên các giá đỡ cố định Trên cơ sở đó, tác giả đã đề xuất việclựa chọn các thông số gá đặt nhằm đảm bảo vị trí ổn định của phôi trong suốt quá trìnhmài và giảm thiểu sai số gá đặt phôi Tuy nhiên, trong tài liệu này tác giả cũng chưa thựchiện nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ôvan của đường kính đáy rãnh lăn chi tiết mài

- Hướng nghiên cứu 2: Nghiên cứu về đá mài trong đó tập trung nghiên cứu về

chiến lược lựa chọn cặp vật liệu đá mài và phôi, nghiên cứu chế tạo các loại đá mài từcác vật liệu hạt mài mới có độ cứng và khả năng cắt cao, nghiên cứu nâng cao chất lượngchế tạo đá mài và hoàn thiện kết cấu của đá mài… Theo hướng nghiên cứu trên, một sốcác công trình khoa học tiêu biểu như sau:

Trong tài liệu [25] đã trình bày những kinh nghiệm đạt được khi sử dụng các đá màikim cương một lớp để mài định hình chính xác các chi tiết có hình dạng phức tạp từnhững vật liệu cứng trên máy mài phẳng Trong nghiên cứu này, tác giả đã tìm hiểu một

số các dạng đá mài kim cương định hình để mài một số dạng chi tiết khác nhau Quathực nghiệm, tác giả đưa ra kết luận việc sử dụng đá mài kim cương định hình đã giúpgiảm được 40% khối lượng công việc, giảm được 50% thời gian gia công và 25% chi phígia công Đồng thời tác giả cũng tiến hành khảo sát đánh giá đặc tính mòn đá và năngsuất mài với đá mài có các độ hạt khác nhau Ngoài ra, trong nghiên cứu này tác giả cũng

đã xây dựng được mối quan hệ giữa tốc độ ăn dao và năng lượng tiêu thụ với tốc độ quaycủa đá mài khi mài định hình bằng đá mài kim cương Tuy nhiên, tác giả mới chỉ tiếnhành khảo sát với trường hợp mài định hình trên máy mài phẳng, chưa đưa ra đượcphương pháp để đo lượng mòn của đá mài, chưa khảo sát đánh giá ảnh hưởng của chế độmài đến mòn đá và độ chính xác của chi tiết

Năm 2005, tài liệu [23] đã nghiên cứu phát triển một loại vật liệu hạt mài CBN đatinh thể mới Từ đó, nhóm tác giả đã tiến hành thử nghiệm mài định hình một rãnh hình

chữ V trên máy mài phẳng để đánh giá hiệu quả cắt của vật liệu hạt mài CBN mới Tuynhiên, tài liệu [23] mới chỉ thực hiện khảo sát đối với trường hợp là mài định hình trênmáy mài phẳng mà chưa thực hiện khảo sát đối với các trường hợp mài khác như màiđịnh hình tròn xoay ngoài, mài định hình lỗ … Đặc biệt, yếu tố mòn của đá mài cũngnhư ảnh hưởng của các yếu tố chế độ công nghệ đến năng suất gia công, độ chính xáccủa chi tiết mài và tuổi bền của đá mài chưa được nghiên cứu khảo sát trong tài liệu[21].

- Hướng nghiên cứu 3: Nghiên cứu về phương pháp đo mòn đá để từ đó đánh giá

ảnh hưởng của mòn đá đến độ chính xác của chi tiết và xác định tuổi bền của đá mài.Trong các công trình nghiên cứu trước đây, một số phương pháp đo mòn đá dựatrên các nguyên tắc khác nhau đã được nghiên cứu Trong đó có một số phương pháp đomòn đã được phát triển dựa trên nguyên lý của sóng âm, sóng siêu âm ở tài liệu [22] vàhiện tượng điện dung ở tài liệu [31] Gần đây, máy ảnh CCD theo các tài liệu [45, 35,26] cũng đã được sử dụng để giám sát trực tiếp hình ảnh lưỡi cắt của đá mài nhằm đánhgiá mòn đá Tất cả các phương pháp trên đều rất phù hợp với việc thực hiện đo trongđiều kiện phòng thí nghiệm Tuy nhiên, chúng không đảm bảo được độ chính xác khiứng dụng đo mòn trực tiếp trong quá trình mài ướt cần độ chính xác cao do ảnh hưởngbất lợi của dung dịch mài, lực cắt và phoi mài khi gia công trong điều kiện mài có tướidụng dịch trơn nguội Một hạn chế lớn khác của các phương pháp đo này là chúng tươngđối đắt tiền

- Hướng nghiên cứu 4: Nghiên cứu về các yếu tố công nghệ và xác định ảnh

hưởng của các yếu tố công nghệ đến độ chính xác gia công cũng như tuổi bền của đámài từ đó hướng đến việc xác định chế độ công nghệ tối ưu Theo hướng nghiên cứutrên, một số các công trình khoa học tiêu biểu như sau:

Năm 1996, trong tài liệu [27] đã nghiên cứu phát triển một hệ thống thông minhtrên cơ sở mạng noron nhân tạo để lựa chọn các điều kiện mài Tuy nhiên, tài liệu [27]chưa thực hiện nghiên cứu đối với trường hợp mài định hình

Năm 2009, trong tài liệu [24] đã thực hiện đánh giá các đặc trưng trong quá trìnhmài vật liệu phi truyền thống MMCs Từ đó, nhóm tác giả đã đưa ra được các hàm quan

hệ thực nghiệm giữa các thành phần lực cắt và độ nhám bề mặt chi tiết với các thông sốđặc trưng trong quá trình mài MMCs Đồng thời, nhóm tác giả cũng đã xây dựng đượcmối quan hệ thực nghiệm giữa độ nhám bề mặt chi tiết với thành phần lực tiếp tuyếnriêng Đây sẽ là cơ sở lý thuyết để hướng đến ý tưởng giám sát độ nhám bề mặt chi tiếtmài thông qua lực tiếp tuyến đo được trong quá trình mài Các hàm quan hệ thực nghiệmnày có thể được sử dụng để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến

quá trình mài cũng như chất lượng gia công của các vật liệu phi truyền thống MMCs.Tuy nhiên, các dữ liệu thí nghiệm mới chỉ dừng lại ở việc tiến hành thực nghiệm trênmáy mài phẳng.

Năm 2011 trong tài liệu [20] đã nghiên cứu ứng dụng mô hình mạng mờ nơron(ANFIS) để xác định độ nhám bề mặt trong quá trình mài Các dữ liệu trong mô hình cóđược từ kết quả thực nghiệm khi tiến hành thí nghiệm với đá mài được thực hiện sửa đábằng mũi kim cương sửa đá Trong đó, các thông số đầu vào của mô hình là tốc độ quaycủa dụng cụ sửa đá, chiều sâu cắt và tốc độ cắt khi sửa đá; thông số đầu ra là độ nhám bềmặt Trong quá trình thí nghiệm, các thông số trong quá trình mài là không đổi và chỉ cócác thông số trong quá trình sửa đá là thay đổi Trên cơ sở đó, một mô hình mạng ANFISvới 64 luật đã được thực hiện để dự đoán giá trị độ nhám bề mặt ứng với ba thông số sửa

đá khác nhau là tốc độ cắt, chiều sâu cắt và lượng chạy dao Các giá trị độ nhám bề mặt

do ANFIS dự đoán có kết quả sát với các kết quả thu được từ thực nghiệm Tuy nhiên,

mô hình này chưa xét đến ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt khi mài đến mòn đá và

độ nhám bề mặt chi tiết Trong khi đây là những thông số có ảnh hưởng nhiều đến kếtquả mài

Như vậy, các công trình nghiên cứu ở trên sẽ giúp xác định được mối quan hệ giữacác thông số chế độ công nghệ với các kết quả đầu ra của quá trình mài Tuy nhiên đâymới chỉ là bước đệm để hướng đến xác định chế độ cắt tối ưu Với sự phát triển mạnh mẽcủa khoa học kỹ thuật thì việc ứng dụng các thành tựu trong lĩnh vực công nghệ thôngtin đã mang đến những hướng nghiên cứu mới để giải bài toán tối ưu trên

Năm 2002, trong công trình nghiên cứu [32] đã ứng dụng giải thuật di truyền (GA)

để giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu cho quá trình mài phẳng thép cacbon, dựa trênmột số hàm lý thuyết đã được xây dựng trước đó (như hàm năng suất, hàm giá thành,hàm độ nhám)

Sau đó, năm 2007 trong công trình nghiên cứu [36] cũng đề cập và giải quyết cácvấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu quá trình mài phẳng tương tự như trong công trình nghiêncứu [32], chỉ khác ở chỗ công trình nghiên cứu khác là giải quyết bài toán trong phạm vihẹp và sâu hơn đó là tập tối ưu Pareto tức xét trong vùng lời giải khả thi mà không có lờigiải nào vượt trội hơn

1.4.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ mài trong nước

Mài là một trong những phương pháp gia công tinh quan trọng nhất Trải qua quátrình phát triển của mình, công nghệ mài đã có những bước phát triển vượt bậc Các máymài ngày càng được hoàn thiện, chất lượng đá mài ngày càng cao, phương pháp màingày càng có vị trí quan trọng trong các quá trình sản xuất cơ khí Có thể nói mài là một

trong những nguyên công quan trọng nhất quyết định đến chất lượng sản phẩm Điềunày đã được nhấn mạnh trong các cuốn sách chuyên khảo về mài cũng như trong cácgiáo trình Công nghệ chế tạo máy ở Việt Nam và giáo trình quá trình sản xuất cơ khítrên thế giới [16].

- Hướng nghiên cứu 1: Theo tài liệu [16] nghiên cứu về máy mài trong đó tập

trung nghiên cứu về độ chính xác gia công khi mài, nghiên cứu ứng dụng các công nghệmới trong các lĩnh vực điều khiển, … để hướng đến giám sát và tự động hóa quá trìnhmài, tối ưu hóa quá trình mài

- Hướng nghiên cứu 2: Nghiên cứu về đá mài trong đó tập trung nghiên cứu về

chiến lược lựa chọn cặp vật liệu đá mài và phôi, nghiên cứu chế tạo các loại đá mài từcác vật liệu hạt mài mới có độ cứng và khả năng cắt cao, nghiên cứu nâng cao chất lượngchế tạo đá mài và hoàn thiện kết cấu của đá mài… Theo hướng nghiên cứu trên, một sốcác công trình khoa học tiêu biểu như sau:

Năm 1996 trong tài liệu [12] đã tiến hành nghiên cứu xây dựng phương pháp đánhgiá tính cắt gọt của đá mài từ đó đưa ra các tiêu chí để lựa chọn cặp đá mài – vật liệu giacông thích hợp Sau đó, năm 2006 trong nghiên cứu [1] đã đưa ra một phương pháp mới

để lựa chọn đá mài có độ cứng thích hợp với vật liệu gia công dựa trên việc đánh giá khảnăng cắt của đá mài bằng việc sử dụng hệ số lực cắt Tuy nhiên, các công trình nghiêncứu này chỉ thực hiện khảo sát đối với trường hợp mài phẳng và mài tròn ngoài mà chưathực hiện nghiên cứu khảo sát với trường hợp mài định hình

Gần đây, năm 2017 tài liệu [11] khi thực hiện luận án của mình đã đưa ra mộtphương pháp chế tạo mới cùng với một bộ thông số công nghệ để chế tạo đá mài CBNđơn lớp liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện Niken Đồng thời đánh giá đượcảnh hưởng của một số thông số công nghệ cơ bản trong quá trình mạ điện Niken đến sựphân bố các hạt mài trên bề mặt đá mài chế tạo Tuy nhiên, ảnh hưởng của các thông sốcông nghệ đến chất lượng của chi tiết mài chưa được thực hiện nghiên cứu

- Hướng nghiên cứu 3: Nghiên cứu về phương pháp đo mòn đá để từ đó đánh giá

ảnh hưởng của mòn đá đến độ chính xác của chi tiết và xác định tuổi bền của đá mài.Trong nước, khi nghiên cứu về mòn đá và đo lượng mòn của đá mài các công trìnhkhoa học trước đây cũng đã đưa ra một số giải pháp và kỹ thuật đo khác nhau ở các tàiliệu [5] Trong tài liệu [13] đã xây dựng được hệ thống đo mòn của đá mài bằng đầu đolazer trên máy mài tròn ngoài Từ đó xác định được lượng mòn của đá mài và lượng mòntổng cộng của đá mài sau mỗi hành trình mài Trên cơ sở đó tài liệu [13] đã xây dựngđược đồ thị mối quan hệ giữa tuổi bền của đá mài với chế độ công nghệ mài, cũng như

đồ thị quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết mài với chế độ công nghệ mài ứng với các

thời điểm mài khác nhau Tuy nhiên, thiết bị đo này có giá thành rất cao và thường chỉgiới hạn ở dạng mài khô vì khi mài ướt thì dung dịch trơn nguội, phoi mài và các tạpchất thường làm nhiễu ánh sáng, hấp thụ ánh sáng Các tia sáng thường bị phản xạ lệchtrên các bề mặt cong hoặc nghiêng, gây khó khăn cho phép đo và làm tăng sai số đo.Trong tài liệu [8, 14], đã xây dựng được hệ thống đo mòn của đá mài bằng đầu đokhí nén trên máy mài phẳng Trên cơ sở đó, trong tài liệu [8] đã xây dựng được hàm sốcũng như đồ thị quan hệ giữa độ mòn tuyệt đối và độ mòn tương đối với chế độ cắt khimài Tuy nhiên, hệ đầu đo khí nén trong các tài liệu trên chỉ thực hiện đo mòn tại mộtđiểm trên bề rộng mặt trụ của viên đá mài khi mài phẳng Ngoài ra, trong tài liệu [14]thực hiện lấy tín hiệu đo mòn như sau: Từ tín hiệu áp suất đo được trong buồng đo nhờcảm biến áp suất sẽ được chuyển thành tín hiệu điện Sau đó, tín hiệu điện này được ghilại trên giấy ảnh của máy đo dao động ký Trên cơ sở hiệu chỉnh đầu đo được thiết lậpban đầu, lượng mòn của đá mài sẽ được xác định bằng cách đo độ cao của các điểm tínhiệu điện ghi được trên giấy ảnh nhờ máy đo dao động ký Do đó, phương pháp thu nhận

và xử lý tín hiệu đo ở đây khó có thể hướng đến điều khiển thích nghi bù tự động lượngmòn của đá mài trong quá trình gia công Trong tài liệu [8] khi thực hiện đo mòn trênmáy mài phẳng chưa đưa ra được giải pháp thu nhận và xử lý tín hiệu đo để đo mòn đátrực tuyến trong quá trình mài

Để khắc phục nhược điểm trên, gần đây vào năm 2017 trong tài liệu [5] đã thựchiện giám sát mòn đá trên máy mài phẳng khi mài hợp kim Titan Tuy nhiên, trong luận

án này tác giả thực hiện giám sát mòn đá khi mài phẳng thông qua lực cắt đo được trongquá trình mài Ban đầu, tác giả thực hiện đo lượng mòn hướng kính của đá mài ở trạngthái tĩnh sau khi đã kết thúc quá trình mài cho trường hợp mài phẳng bằng mặt trụ của

đá Điểm nổi bật đạt được trong tài liệu [5] là tác giả đã đưa ra được một giải pháp đểgiám sát trực tuyến mòn đá trong quá trình mài phẳng Tuy nhiên, việc giám sát mòn đáthông qua lực cắt đo được trong quá trình mài, trên cơ sở hàm mối quan hệ xây dựngđược giữa lực cắt với mòn đá từ giá trị mòn của đá mài đo được ở trạng thái tĩnh sẽ khóđảm bảo được độ chính xác cao

- Hướng nghiên cứu 4: Nghiên cứu về các yếu tố công nghệ và xác định ảnh

hưởng của các yếu tố công nghệ đến độ chính xác gia công cũng như tuổi bền của đámài từ đó hướng đến việc xác định chế độ công nghệ tối ưu Đây là một trong nhữnghướng nghiên cứu được rất nhiều nhà khoa học ở Việt Nam quan tâm Tại Việt Nam, cácnghiên cứu về mài theo hướng trên cũng được thực hiện từ rất sớm Trong những nămgần đây, một số công trình nghiên cứu tiêu biểu về mài theo hướng nghiên cứu trên như sau.Năm 2002, trong công trình nghiên cứu [7] đã xây dựng được các chỉ tiêu để xác

định tuổi bền của đá mài Từ đó, tác giả thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của các thông

số công nghệ khi sửa đá đến tuổi bền của đá mài Đồng thời trên cơ sở thực nghiệm đượcthực hiện trên máy mài tròn ngoài, tác giả đã xây dựng được đồ thị biểu thị quy luật biếnđổi của các thành phần lực cắt theo số chu trình mài Từ đó tác giả đã xác định được tuổibền của đá mài Đây là cơ sở để hướng đến việc xác định chế độ công nghệ hợp lý khisửa đá

Năm 2006, trong tài liệu [1] đã thực hiện nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt theo tiêuchí tuổi bền của đá mài khi mài tinh thép ШХ15 trên máy mài tròn ngoài bằng đá màiHải Dương Cn46 TB1.G.V1.400X40X.203.50 m/s Tuy nhiên, bài toán tối ưu hóa ở đâyđược giải khi các tham số mài chưa được xét đầy đủ tất cả ràng buộc Trong bài báo nàybài toán tối ưu chỉ được xét với duy nhất một ràng buộc là độ nhám bề mặt của chi tiếtđảm bảo yêu cầu cho trước

Sau đó, trong luận án [3] đã xác định được ảnh hưởng của chế độ cắt đến một sốthông số đặc trưng cho quá trình cắt khi mài thép ШХ15 và X12M bằng đá mài HảiDương trên máy mài tròn ngoài Tuy nhiên, tài liệu [3] chưa thực hiện nghiên cứu vớitrường hợp mài định hình

Năm 2015 khi nghiên cứu về mài thép hợp kim trên máy mài tròn ngoài công trìnhnghiên cứu [9] đã ứng dụng giải thuật di truyền (GA) để xây dựng bài toán tối ưu hóa đamục tiêu Trên cơ sở đó, tác giả đã xác định được chế độ cắt tối ưu nhằm đảm bảo năngsuất gia công và độ nhám của chi tiết mài khi mài thép hợp kim trên máy mài tròn ngoài

Nhận xét: Với điều kiện sản xuất cơ khí Việt Nam hiện nay, khi vốn đầu tư cho sản

xuất còn gặp nhiều khó khăn thì một trong những yêu cầu đặt ra là cần tìm được giảipháp để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong quá trình sản xuất, trên cơ sở điều kiện

kỹ thuật công nghệ hiện có Trong khi, với một hệ thống công nghệ được đầu tư nhấtđịnh thì chế độ cắt cùng với một số yếu tố công nghệ khác là những yếu tố được điềukhiển linh hoạt Mặt khác, các yếu tố công nghệ có ảnh hưởng nhiều đến mòn đá và chấtlượng bề mặt của chi tiết mài Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố côngnghệ đến chất lượng bề mặt của chi tiết, để từ đó xác định chế độ công nghệ tối ưu nhằmnâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài, sẽ là một trong hướng nghiên cứuphù hợp và khả thi nhất với điều kiện sản xuất thực tế hiện nay ở Việt Nam Vì vậy,trong luận án này xuất phát từ yêu cầu thực tế, tác giả đã lựa chọn hướng nghiên cứu làxác định ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến chất lượng bề mặt răngtrục vít

Mặt khác, qua phân tích các nghiên cứu đã thực hiện cho thấy, hầu hết các côngtrình trước đây đều được thực hiện trên máy mài phẳng, máy mài tròn ngoài … mà chưa

có nhiều những nghiên cứu chuyên sâu được thực hiện trên máy mài định hình đặc biệt ởViệt Nam Ở đó vẫn tồn tại những vấn đề khó giải quyết Một trong số đó là sự mòn đá

và ảnh hưởng của mòn đá cũng như các thông số chế độ cắt đến tuổi bền của đá mài vàchất lượng của chi tiết gia công Đây là những vấn đề cần được nghiên cứu và phân tíchchi tiết hơn, đặc biệt là yếu tố mòn của đá mài Yếu tố này rất quan trọng, có ảnh hưởngtrực tiếp đến khả năng cắt của đá mài cũng như năng suất, chất lượng và hiệu quả củatoàn bộ quá trình mài định hình ở nghiên cứu [5] Vì vậy, một trong giải pháp cơ bản đểnâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài định hình là cần xác định được thờiđiểm sửa đá hợp lý trong nghiên cứu [10] Để đạt được điều này, một trong những yêucầu đặt ra là cần phải đo được lượng mòn của đá mài trong các tài liệu [8,46]

1.4.3 Tình hình nghiên cứu về trục vít trên thế giới

Có thể nói rằng tạo hình biên dạng răng của bộ truyền trục vít được nhiều nhà khoahọc quan tâm và đã giải quyết được nhiều vấn đề cơ bản để đưa vào ứng dụng trong sảnxuất Ở đây tác giả đã tìm hiểu một số công trình nghiên cứu của một số nhà khoa học,một trong số những công trình đó là:

Năm 2000, tài liệu [45] đã sử dụng khái niệm lý thuyết bao hình để thiết lậpphương trình của đường tiếp xúc giữa biên dạng răng trục vít và hình thành dụng cụ mài,

và tính toán biên dạng dụng cụ tạo hình từ biên dạng trục vít

Năm 2005, tài liệu [37, 38, 39] sử dụng khái niệm tương tự để xây dựng các môhình toán học của máy cắt và công cụ tạo hình để gia công trục vít

Năm 2010, tài liệu [40, 41] đã xây dựng hình toán học cho các biên dạng đá CBNcho gia công trục vít được phát triển dựa trên lý thuyết về sự ăn khớp

Năm 2012, tài liệu [43] đã đề xuất một phương pháp thiết kế tạo hình biên dạngcông cụ để gia công xoắn vít khi một biên dạng trục vít tùy ý (hoặc dạng phân tích hoặcdạng rời rạc của biên dạng xoắn vít) được đưa ra Phương pháp bao răng phân tích đượcthiết lập thường là được sử dụng để có được biên dạng mài giữa trục vít trục vít và công

cụ tạo hình, tuy nhiên, thường gặp phải số vấn đề ổn định để tính toán phương trình phituyến phức tạp của tiếp điểm đường kẻ Trong trường hợp này, kết quả không chínhxác Ví dụ, biên dạng mài không đều và có thể xảy ra các điểm kỳ dị Điểm số ít và sựphân bố không đồng đều dẫn đến sự suy giảm tính toán độ chính xác của phương phápbao hình

- Năm 2015 tài liệu [34] đã áp dụng đồ họa kỹ thuật số cho phương pháp quét dựatrên đồ họa máy tính để tạo biên dạng cho dụng cụ tạo hình khi mài trục xoắn vít

- Năm 2010 Wu, Y.R và cộng sự đã đề xuất phương pháp bắn tia sáng mô phỏngquá trình mài cho một ống xoắn hình trụ ren Ví dụ như bánh răng xoắn ốc, … Có thể

được xác định từ các điểm giao nhau trên mỗi tia mà không giải quyết các phương trình

hệ thống đồng thời của quỹ tích và phương trình ăn khớp Tuy nhiên, đã bỏ qua nhiềuđiểm giao nhau trong quá trình mài

- Năm 2020 tài liệu [92], đưa ra nghiên cứu Phân tích đặc điểm hình học và lập môhình tham số cho gia công chính xác trục vít, trong tài liệu nghiên cứu về trục vít củamáy nén khí và gia công bằng máy phay

- Năm 2017 [93], công bố nghiên cứu về phương pháp xây dựng mô hình toán họcmài trục vít của máy nén khí trên máy CNC SK7032, Kết quả cho thấy rằng các lỗi cấuhình trục vít có thể được kiểm soát trong phạm vi ±10 μm và sai số biên dạng rôto được

đo trên thiết bị kiểm tra bánh răng P65 cho thấy rằng các lỗi cấu hình rôto trục vít có thểđược kiểm soát trong phạm vi ±10 μm

Các nghiên cứu có ý nghĩa rất nhiều trong thực tiễn nhưng chỉ áp dụng cho một sốtrục vít cụ thể trong các máy nén khí, máy bơm, … nhưng chưa có nghiên cứu về trục vítAcsimet

1.4.4 Tình hình nghiên cứu về trục vít trong nước

- Nước ta gần đây đã có một số công trình nghiên cứu về lý thuyết ăn khớp, xácđịnh profil đối tiếp epitrochoid của cặp bơm dầu và máy nén khí Các công trình này đãnghiên cứu lý thuyết ăn khớp theo phương pháp giải tích, hình học vi phân

- Trong luận án của nghiên cứu năm 2017 tài liệu [15] đã nghiên cứu về phươngpháp gia công trục vít cycloit bằng cách xác định mặt khởi thuỷ dụng cụ dạng đĩa

- Trong luận án năm 2018 tài liệu [16] đã nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ giacông đến lượng mòn đá, mối quan hệ giữa chế độ công nghệ và độ nhám bề mặt, mốiquan hệ giữa chế độ công nghệ và độ ô van của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay

- Trong bài báo tác giả [4] đã ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong tạo hình bềmặt xoắn vít Acsimet trên máy CNC 5 trục Chế tạo được trục vít nhưng chỉ xác định độnhám bề mặt sau khi gia công, và gia công trên thép Cacbon thông thường

- Nghiên cứu trong tài liệu [17] đã Khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt và thông số

đá mài đến độ nhám bề mặt khi mài mặt cong Acsimet vật liệu HSS P18 bằng máy

chuyên dùng 1Б811 cụ thể như sau: Xây dựng được mô hình nghiên cứu mài hớt lưngmặt Acsimet mặt sau răng dao phay bánh răng côn cong hệ Gleason, loại 9 inch trên máy1Б811, xác định vùng gia công với vận tốc cắt đá mài: 24 (m/s) ≥ V ≥ 16 (m/s); bướctiến: 4,16 (vòng/ph) ≥ S ≥ 2,08 (vòng/ph) và chiều sâu cắt không đổi t = 0,002 mm; sửdụng đá mài Ct 100 MV2 B 70 × 50 × 32 - 35m/s do Công ty CP Đá mài Hải Dương sảnxuất Bằng thực nghiệm đã xác định được mối quan hệ toán học giữa vận tốc cắt đá mài(V) và bước tiến (S) với độ nhám (Ra) của bề mặt Acsimet sau khi mài hớt lưng quaphương trình: Ra = 136,670538 V = 2,13404 S = 0,41008 (µm) với độ tin cậy R =

90,4% Kết quả thực nghiệm cho thấy: Trong vùng chế độ cắt như lựa chọn trên thì bướctiến (S) tỷ lệ thuận và vận tốc cắt đá mài (V) tỷ lệ nghịch với giá trị độ nhám, trong đóbước tiến S ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Ra ít hơn so với vận tốc cắt đá mài Vậy,muốn nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết khi mài hớt lưng thì cần tăng vận tốc cắt của

đá mài và giảm bước tiến (vận tốc quay của chi tiết)

Các nghiên cứu về mài mặt phẳng, mài tròn trong, mài tròn ngoài … nhưng chưa

có nghiên cứu về mài trục vít Acsimet

Tại Việt Nam hiện nay, nhu cầu về bộ truyền trục vít là rất lớn, đặc biệt là các trụcvít sử dụng trong thiết bị cần độ chính xác cao Hiện tại đã có một số đơn vị chế tạo đượctrục vít có độ chính xác cao như Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện nghiên cứu cơ khí HàNội … tuy nhiên còn có nhiều hạn chế trong quá trình sử dụng

1.5 Xác định nhiệm vụ nghiên cứu của luận án

- Nghiên cứu tạo hình biên dạng đá để mài biên dạng răng trục vít Acsimet

- Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến nhám bề mặtchi tiết khi mài trục vít Acsimet thép hợp kim 40Cr, 35CrMo và 38CrMo

- Xác lập mối quan hệ giữa nhám bề mặt với chế độ cắt

- Xác lập mối quan hệ giữa lượng tách kim loại khi mài với chế độ cắt

- Đánh giá độ chính xác khi tối ưu hóa các thông số công nghệ khi mài trên thép35CrMo bằng thực nghiệm vết tiếp xúc giữa trục vít và bánh vít

- Áp dụng các kết quả vào thực tiễn

1.6 Kết luận chương 1

Qua việc nghiên cứu tổng quan về quá trình mài, tìm hiểu các công trình nghiêncứu trong nước và trên thế giới Kết hợp với việc nghiên cứu các thông số công nghệ ảnhhưởng đến bề mặt chi tiết mài, nhận thấy:

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình mài tới chấtlượng bề mặt chi tiết mài là cơ sở để tìm ra các biện pháp nâng cao chất lượng bề mặtchi tiết mài

- Các thông số công nghệ như n (Vận tốc quay phôi), v (Vận tốc đá), S (Lượngchạy dao hướng trục) có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bề mặt của chi tiết mài Khi

đã nghiên cứu, xác định được ảnh hưởng của các thông số công nghệ của quá trình màiđến chất lượng bề mặt chi tiết mài có thể lựa chọn cho các thông số các giá trị tối ưu Vàchất lượng bề mặt chi tiết mài sẽ được nâng cao Đặc biệt là trong quá trình mài với bềmặt có hình dạng phức tạp như bề mặt răng của trục vít

- Việc nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết mài sẽ góp phần đảm bảo cho các máymóc, thiết bị có chứa chi tiết mài đó sẽ đạt độ chính xác cao hơn, quá trình hoạt động tốthơn, tăng độ chính xác cho sản phẩm.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI RĂNG TRỤC VÍT ACSIMET VÀ

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SAU KHI MÀI

2.1 Công nghệ chế tạo bộ truyền trục vít - bánh vít

Truyền động trục vít - bánh vít được dùng để truyền chuyển động quay giữa các trụcvuông góc với nhau Tuỳ thuộc vào hình đáng của trục vít mà người ta phân biệt: Truyềnđộng trục vít - bánh vít với trục vít hình trụ và với trục vít lõm Truyền động bằng trụcvít - bánh vít đảm bảo được công suất truyền lớn, độ chính xác cao và độ êm dịu khi dịchchuyển

2.1.1 Đặc điểm của bộ truyền trục vít – bánh vít

Theo [18] khâu chủ động của truyền động bánh vít là trục vít, còn khâu thụ động làbánh vít Trục vít có hai loại:

- Trục vít hình trụ

- Trục vít lõm

Theo số đầu mối thì trục vít có các loại: một đầu mối và nhiều đầu mối

Theo phương pháp hình thành bề mặt xoắn vít thì trục vít hình trụ có các loại thôngdụng: mặt xoắn Acsimet và mặt xoắn thân khai Trục vít có mặt xoắn thân khai đượcdùng trong những cơ cấu quan trọng truyền động với tải trọng và tốc độ lớn, còn trục vít

có mặt xoắn Acsimet được dùng trong các cơ cấu truyền động với tải trọng và tốc độnhỏ

Thông số cơ bản thể hiện trong hình 2.1

lấy bánh vít theo cung của vòng tròn khởi xuất, vì vậy khi ăn khớp có nhiều răng cùngtham gia hơn truyền động bằng trục vít hình trụ Hình dạng đặc biệt của răng bánh víttạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành chêm dầu - yếu tố nâng cao tuổi thọ của bộtruyền Tuy nhiên, độ cứng vững của trục vít lõm phải cao hơn trục vít thông thường, bởi

vì nếu độ cứng vững của nó không đủ có thể làm cho trục bị gãy khi làm việc

Bảng 2.1 Công thức tính trục vít và bánh vít ăn khớp với trục vít Acsimet

vị

Kýhiệu

Chiều cao chân vòng

Đường kính vòng chia mm d1, d2 Chọn theo kết cấu d2 = m.z2

Đường kính vòng đỉnh mm de, De de = d1 + 2m De = d2 + 2mĐường kính vòng đáy mm di, Di di = d1 - 2,5m Di = d2 - 2,5mChiều dày vòng xoắn

hoặc chiều dày răng theo

m z1

ⅆ1

Tiết diện hướng trục của trục vít và tiết diện của mặt phẳng chính của bánh vít códạng một thanh răng cung tròn

Các đường thẳng nối tiếp theo các cạnh bên của thanh răng này tiếp tuyến với đườngtròn gọi là đường tròn profil Đường kính vòng tròn đi qua tiết diện nhỏ nhất của trục vítlõm gọi là đường kính của vòng tròn tính toán của trục vít d1 Vòng tròn của bánh vít tiếpxúc với vòng tròn tính toán của trục vít gọi là vòng tròn tính toán của bánh vít và cóđường kính d2.

và 6

Các tiêu chuẩn ГOCT và TCVN qui định bộ truyền lực cho các modun m = 1 ÷

30 mm và đường kính vòng chia của trục vít ≤ 400 mm và đường kính vòng chia củabánh vít ≤ 2000 mm Bộ truyền lực có 5 cấp chính xác: 5, 6, 7, 8 và 9

Các tiêu chuẩn ГOCT và TCVN qui định các tiêu chuẩn độ chính xác của trục vít,bánh vít, của bộ truyền và cả tiêu chuẩn khe hở mặt bên Khe hở mặt bên của bộ truyềnbánh vít được qui định theo lượng mỏng của vòng xoắn trục vít

2.1.2.1 Phân loại quy trình công nghệ chế tạo trục vít và bánh vít

Tuỳ thuộc vào hình đáng hình học của bề mặt chia của trục vít, quy trình công nghệgia công cơ bộ truyền trục vít - bánh vít được chia ra 3 loại chính sau đây:

- Quy trình công nghệ chế tạo trục vít hình trụ

- Quy trình công nghệ chế tạo trục vít lõm

- Quy trình công nghệ chế tạo bánh vít

Tuỳ thuộc vào khoảng cách tâm của bộ truyền trục vít - bánh vít, quy trình côngnghệ gia công cơ bộ truyền trục vít - bánh vít được chia ra 2 loại sau đây:

- Quy trình công nghệ dùng cho khoảng cách tâm ≤ 250 mm

- Quy trình công nghệ dùng cho khoảng cách tâm > 250 mm

- Tuỳ thuộc vào cấp chính xác của bộ truyền trục vít – bánh vít, quy trìnhcông nghệ gia công

Bộ truyền trục vít – bánh vít được chia ra 3 loại sau đây:

- Quy trình công nghệ dùng cho cấp chính xác 3 - 5