Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện trên thế giới
Ngành khảo cổ đã phát hiện máy công cụ đầu tiên trong lịch sử nhân loại, được sử dụng tại Ai Cập và Ấn Độ khoảng 650 năm trước công nguyên Máy này hoạt động nhờ sự phối hợp của hai người: một người kéo dây cung để thực hiện chuyển động của chi tiết gia công, trong khi người còn lại điều khiển dao cắt gỗ.
Cuối thế kỷ XIV và đầu thế kỷ XV, máy tiện đạp chân đã được chế tạo, cho phép chuyển động quay tròn của chi tiết gia công nhờ dây thừng kết nối với cần đàn hồi Sự cải tiến này giúp giảm số lượng người điều khiển máy từ hai xuống chỉ còn một.
Hình 1.1 Mô hình máy tiện gỗ đầu tiên của loài người
Hình 1.2 Mô hình máy tiện đạp chân luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Vào cuối thế kỷ XVI, kỹ sư Pháp Jac Beson phát minh ra máy tiện cắt ren hình trụ và hình côn Đầu thế kỷ XVII, sức nước được sử dụng làm động lực cho máy công cụ, và bàn chạy dao tự động ra đời là một bước tiến quan trọng Năm 1712, A.K Nartov, thợ cơ khí của Sa hoàng Petr đệ nhất, ứng dụng đầu tiên của bàn dao này vào máy tiện Đến năm 1774, các nhà thiết kế máy công cụ Nga như Jacôbatitreps, L Xôbôkin, A Xurnhin và Mikhail Lômônôxốp đã có những đóng góp quan trọng, bao gồm thiết kế máy tiện hình cầu Hiện nay, ngành chế tạo máy công cụ ở Nga phát triển mạnh mẽ, với nhiều hãng nổi tiếng như IZEBSKI sản xuất hàng trăm nghìn thiết bị mỗi năm, bao gồm các loại máy tiện với nhiều mã hiệu khác nhau.
Hình 1.3 Máy tiện mã hiệu IZ250ITV01 luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Hãng KRAMATORSK chuyên sản xuất máy tiện vạn năng với các mã hiệu như KJ1909, 1A680, 1A670, 1A675 Các máy tiện này có khả năng tiện phôi với đường kính từ 1400mm đến 1600mm và công suất động cơ đạt 130.
HP, tốc độ trục chính 2,5 - 2800 vòng/phút Sản phẩm của hãng được xuất khẩu đến hơn 50 nước trên thế giới
Vào năm 1880, công ty Pittler, Ludwiglowe tại Đức đã nghiên cứu và sản xuất máy tiện Revôle tự động đầu tiên sử dụng phôi phanh Đến năm 1989, hãng Worsley và Dabenpart đã giới thiệu máy tiện cỡ lớn tự động với bản dao di động dọc Hiện nay, Đức vẫn tiếp tục phát triển máy tiện, trong đó hãng OPTIMUM đã cho ra mắt các loại máy tiện vạn năng như OPTI D 320x630, OPTI D 320x630 DPA, OPTI D 320x920, với đường kính trục chính 38 mm, công suất động cơ 2 HP và tốc độ trục chính từ 65 đến 1800 vòng/phút.
Trong lĩnh vực máy CNC, hãng Traub sản xuất các loại máy tiện CNC như TNA400, TNS30D, TNS60, TND360, TND400 với công suất từ 30 - 35 HP và tốc độ trục chính từ 7 - 4000 vòng/phút Đồng thời, hãng Gildemeister cũng cung cấp các máy tiện CNC có độ chính xác cao như CTX400E, CTX600E, CT60EPL2, CT40EPL với công suất từ 15 - 33 HP và tốc độ trục chính từ 20 - 5000 vòng/phút.
Máy tiện mã hiệu TNA 400 là một sản phẩm nổi bật tại Nhật Bản, nơi hãng Washino sản xuất các loại máy tiện vạn năng như LEO-80A, LEO-125A, và LE-19J Những máy này có đường kính trục chính từ 50 đến 54 mm, công suất động cơ 3 HP, và tốc độ trục chính từ 50 đến 1500 vòng/phút Ngoài ra, hãng TAKISAWA cũng cung cấp các máy tiện vạn năng với mã hiệu TLS-130.
550, LL-100, LLA-1000, TAC360, TAC800, TAC 510… (hình 1.6) có đường kính trục chính 190 mm, công suất động cơ 3 HP, tốc độ trục chính 83
Hình 1.5 Máy tiện CNC CTX600E luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Trong lĩnh vực máy tự động CNC, hãng TAKISAWA (Nhật Bản) sản xuất các loại máy tiện CNC như TMM-200, TMM-250, TY-2000, và TY-200CS Những máy này có công suất từ 20 đến 30 HP và tốc độ trục chính đạt từ 20 đến 6000 vòng/phút.
Hình 1.6 Máy tiện mã hiệuTAC510
Hình 1.7 Máy tiện mã hiệuTMM200
Hãng BIRMINGHAM (Trung Quốc) chuyên sản xuất các loại máy tiện vạn năng với các mã hiệu như YCL-1236, YCL-1340, YCL-1440 Những sản phẩm này được thiết kế để đáp ứng nhu cầu đa dạng trong ngành công nghiệp chế tạo.
8 trục chính 50 - 70 mm, công suất động cơ 2.5 – 3.0 HP, tốc độ trục chính từ
Máy tiện vạn năng do hãng ZHENG ZHOU (Trung Quốc) sản xuất có các mã hiệu FL – 400B, FL - 450B, FL – 500B, và FL-600B, với tốc độ hoạt động từ 70 đến 1400 vòng/phút Các máy này có đường kính trục chính từ 65 đến 80 mm và công suất động cơ từ 6 đến 10 HP, cho phép tốc độ trục chính đạt từ 22 đến 1800 vòng/phút.
Hình 1.8 Máy tiện mã hiệuYCL1440
Tình hình sản xuất và sử dụng máy tiện cho thấy rằng gia công chi tiết máy bằng phương pháp tiện là phổ biến, dẫn đến sự phát triển đa dạng các loại máy tiện để đáp ứng nhu cầu của ngành chế tạo máy toàn cầu Bên cạnh việc chế tạo máy tiện, việc nghiên cứu cải tiến và nâng cao chất lượng máy cũng như quy trình sử dụng đã được chú trọng, đặc biệt tại Nga và các quốc gia có nền công nghiệp phát triển Các nghiên cứu này tập trung vào những hướng chính nhằm tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của máy tiện.
Nghiên cứu của Anokhina A.H trong công trình [20] tập trung vào việc nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm, đặc biệt là cải thiện chất lượng bề mặt gia công khi tiện các vật liệu kim loại khó.
Nghiên cứu cho thấy dao cắt bằng vật liệu sứ có độ cứng 90 HRA là lựa chọn tối ưu cho tốc độ cắt từ 600 đến 800 m/phút, với lượng ăn dao 0.05 - 0.1 mm/vòng và chiều sâu cắt 0.15 - 0.25 mm, mang lại năng suất cao và đảm bảo độ chính xác cũng như chất lượng bề mặt gia công Ngược lại, khi cắt ở tốc độ dưới 300 m/phút, với lượng ăn dao lớn hơn 0.15 mm/vòng và chiều sâu cắt lớn hơn 0.3 mm, chất lượng bề mặt gia công không đạt yêu cầu.
Các tác giả Boguslavski V.A và Ivtrenko T.G đã nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt gọt cho vật liệu khó gia công, chú trọng đến giới hạn nhiệt độ Nghiên cứu của họ dựa trên quy luật thay đổi của dòng nhiệt và nhiệt độ tại vùng cắt gọt, phụ thuộc vào tốc độ cắt và lượng ăn dao Bằng phương pháp quy hoạch tuyến tính, họ đã xác định chế độ cắt gọt tối ưu nhằm đạt năng suất cao nhất mà vẫn đảm bảo nhiệt độ không ảnh hưởng đến chất lượng gia công Phương pháp này cho phép lựa chọn chế độ cắt gọt tối ưu trong các điều kiện khác nhau khi tiện vật liệu khó gia công.
Tác giả Pustov A.A trong công trình [26] đã nghiên cứu nâng cao chất lượng sử dụng các chi tiết máy trong ngành khai thác mỏ thông qua việc áp dụng phương pháp gia công hợp lý và xác định chính xác các thông số kỹ thuật.
Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở nước ta
Hiện nay, Việt Nam có khoảng 40.000 máy công cụ đang hoạt động trong các doanh nghiệp cơ khí, trong đó 30% là máy tiện, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất máy móc và thiết bị cho ngành cơ khí chế tạo Hầu hết các máy tiện này được sản xuất tại Liên Xô cũ và các nước Đông Âu vào những năm 60-70 của thế kỷ XX, được nhập khẩu về Việt Nam thông qua viện trợ hoặc nguồn vốn vay dài hạn.
Các máy tiện này đều có độ bền cao và vận hành dễ dàng, sử dụng mạch điện điều khiển với rơle và công tắc Chúng được trang bị các loại hộp số và bộ truyền động truyền thống để điều khiển chuyển động Tuy nhiên, thế hệ máy tiện này thường chưa được trang bị hệ thống đo gắn liền.
Một số loại máy tiện phổ biến tại Việt Nam được nhập khẩu từ Liên Xô cũ bao gồm máy tiện 16K20, 16K20P và máy tiện 1M63/3000 với đường kính mâm cặp 630 mm, khoảng cách chống tâm 3000 mm và công suất 14KW Ngoài ra, máy tiện PC3 1020/5000 cũng được sử dụng, có đường kính mâm cặp 1020 mm và khoảng cách chống tâm 5000 mm.
Máy tiện STANKO 1100/5000 có công suất 22KW, đường kính mâm cặp 110 mm và khoảng cách chống tâm 5000mm Ngoài ra, một số loại máy tiện nhập khẩu từ Cộng hòa liên bang Đức như Tongil 0232-0233, Tongil 0235-0236 và Tongil TIPL 4/SP 400x1050 cũng được giới thiệu, với đường kính mâm cặp từ 58 mm và đường kính lỗ trục chính.
20 - 50 mm, công suất động cơ 3 - 4.9 Kw, tốc độ trục chính 60 - 1600 vòng/phút, những máy tiện này có chất lượng gia công khá chính xác
Hình 1.9 Máy tiện STANKO 1100/5000 luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Hình 1.10 Máy tiện TONGIL TIPL 4SP
Trong những năm gần đây, máy tiện Đài Loan với các mã hiệu DY-410G, DY-480G, DY-510G và FM-1330 đã được nhập khẩu vào Việt Nam Các máy này có đường kính phôi từ 330 mm đến 510 mm, chiều dài chống tâm từ 750 đến 3100 mm, công suất động cơ từ 2.2 đến 5.6 kW, và tốc độ trục chính dao động từ 23 đến 1300 vòng/phút.
Hình 1.11 Máy tiện FM 1330 luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Từ thập kỷ 70 của thế kỷ trước, nhà máy cơ khí Hà Nội đã sản xuất máy tiện đầu tiên của Việt Nam và tiếp tục phát triển các mẫu máy tiện như T630, T616, T6M16, T18A Những máy tiện này có đường kính mâm cặp từ 200 đến 240 mm, đường kính lỗ trục chính từ 30 đến 32 mm, công suất động cơ từ 2.8 đến 4.5 Kw, và tốc độ trục chính dao động từ 45 đến 2240 vòng/phút.
Công ty TNHH Minh Toàn tại quận Tân Bình, thành phố Hồ Chí Minh, chuyên sản xuất máy tiện mang mã hiệu Việt chuẩn 2m, 4m5, 5m5 với đường kính mâm cặp 240 mm, đường kính lỗ trục chính 100 mm, công suất động cơ từ 2.2 Kw và tốc độ trục chính từ 290 đến 600 vòng/phút.
Hình 1.13 Máy tiện vạn năng Việt chuẩn 5m5 luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Trong những năm gần đây, máy CNC đã xuất hiện như một thế hệ máy công cụ hiện đại với tính năng điều khiển kỹ thuật số, kế thừa ưu điểm của máy truyền thống và sử dụng bộ điều khiển điện tử để đơn giản hóa quá trình điều khiển Công nghệ thông tin hỗ trợ thiết kế và lập trình điều khiển giúp máy gia công các chi tiết phức tạp với năng suất và chất lượng cao hơn Các doanh nghiệp cơ khí Việt Nam đang đầu tư vào thế hệ máy mới này, chủ yếu nhập khẩu từ các quốc gia có nền công nghiệp chế tạo phát triển như Đức, Nhật Bản, Hàn Quốc và Đài Loan, với các sản phẩm nổi bật như máy tiện CNC GENOS của hãng OKUMA.
Hình 1.14 Máy tiện CNC GENOS L200H luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Hãng Shunchuan (Đài Loan) chuyên sản xuất máy tiện CNC với các mã hiệu như CRL-1640, CRL-1440, CHL-21120, và CHL-2160 Các máy này sử dụng hệ điều hành FANUC để điều khiển hai trục, với công suất động cơ từ 5.5 đến 7.5 KW và tốc độ trục chính dao động từ 25 đến 3000 vòng/phút.
Để đáp ứng nhu cầu sản xuất, Việt Nam đã nhập khẩu nhiều loại máy tiện từ khắp nơi trên thế giới Việc nghiên cứu và sử dụng máy tiện một cách hiệu quả là cần thiết nhằm nâng cao năng suất, chất lượng gia công và giảm giá thành sản phẩm Tuy nhiên, do ảnh hưởng của chiến tranh và kinh phí nghiên cứu hạn hẹp, nghiên cứu về máy tiện và quá trình gia công kim loại chỉ được chú trọng trong những năm gần đây tại một số trung tâm nghiên cứu lớn như các trường đại học và viện nghiên cứu chuyên ngành Hướng nghiên cứu chủ yếu đã được tiến hành trong thời gian gần đây.
Nghiên cứu áp dụng phương pháp gia công mới đó là phương pháp tiện cứng (hard turning)
Hình 1.15 Máy tiện CNC CRL-1640 luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Trong quá trình chế tạo các chi tiết như vòng bi, ổ lăn và hệ thống thủy lực, việc mài sau nhiệt luyện thường tốn thời gian và chi phí cao cho dung dịch bôi trơn, đồng thời gây ô nhiễm môi trường Điều này đã thúc đẩy các nhà sản xuất tìm kiếm giải pháp thay thế cho khâu mài Phương pháp tiện cứng, sử dụng dao cắt bằng vật liệu siêu cứng như CBN, PCBN, PCD hoặc gốm tổng hợp, là một lựa chọn hiệu quả Phương pháp này cho phép gia công khô mà không cần làm mát, hoàn thành chi tiết trong một lần gá, với độ chính xác đạt IT 5 đến 7 và bề mặt Rz từ 2 đến 4 Tuy nhiên, để áp dụng công nghệ tiện cứng, máy móc, dao cắt và đồ gá cần đảm bảo độ cứng vững, tốc độ quay trục chính và công suất phù hợp.
Trong nghiên cứu của Trần Ngọc Giang, tác giả đã phân tích mòn và độ bền của dao khi tiện thép 9XC qua tôi, đồng thời tìm ra công thức mô tả mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của mảnh dao CBN thông qua hàm hồi quy thực nghiệm Công thức này cho phép tối ưu hóa để đạt được tuổi bền tối đa T max Tuy nhiên, hạn chế của nghiên cứu là kết quả chưa đủ độ tin cậy do chỉ được thực hiện ở một chế độ công nghệ, một kiểu mảnh dao, một loại vật liệu và khoảng độ cứng nhất định.
Trong nghiên cứu của Hoàng Minh Phúc, tác giả đã xác định được nhiệt độ tại vùng cắt gọt của dao cắt gắn mảnh hợp kim PCBN khi thực hiện tiện cứng dựa trên lý thuyết Tuy nhiên, nghiên cứu này vẫn thiếu các thí nghiệm thực tế để so sánh và kiểm chứng các kết quả lý thuyết đã đưa ra.
Trong nghiên cứu của Hoàng Xuân Tứ, phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu được áp dụng khi tiện tinh thép 9XC có độ cứng từ 55 đến 60 HRC bằng dao gắn mảnh kim loại cứng CBN So sánh giữa bôi trơn làm nguội tối thiểu và gia công khô cho thấy phương pháp này vượt trội về chất lượng bề mặt, lượng mòn dao và cơ chế mòn Đặc biệt, dầu thực vật sản xuất trong nước đã được sử dụng để bôi trơn tối thiểu trong quá trình tiện cứng thép qua tôi.
Ngoài các công trình nghiên cứu đã nêu, nhiều nghiên cứu khác cũng được thực hiện tại các trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, Đại học Bách khoa Hà Nội và Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh Các nghiên cứu này bao gồm: "Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt tới cơ chế mòn dụng cụ PCBN khi tiện tinh thép 9XC" của Nguyễn Thị Thanh Vân (2009); "Nghiên cứu sự ảnh hưởng của loại dung dịch bôi trơn làm nguội tối thiểu đến lực cắt và nhám bề mặt khi tiện cứng thép 9XC" của Nguyễn Trọng Anh Tuấn (2009); "Nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng thép X12M đã qua tôi đến chất lượng bề mặt và mòn dụng cụ khi tiện cứng" (2009); "Tối ưu hoá chế độ cắt" (1992); và "Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt đến chất lượng gia công tiện" của Ngô Ngọc Tân (1995).
“Nghiên cứu năng lượng tiêu hao khi tiện thép C45 bằng dụng cụ phủ Titan” Phạm Tài Thắng (2005)…
Mục tiêu nghiên cứu
Bài viết xác định mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt như góc sau, tốc độ cắt và chiều sâu cắt với chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn gang trên máy tiện EER1330 Kết quả cho thấy giá trị hợp lý của góc sau, chiều sâu cắt và tốc độ cắt giúp đảm bảo chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt ở mức tối thiểu.
Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của các yếu tố như góc sau, chiều sâu cắt và tốc độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt trong quá trình tiện trơn gang trên máy tiện EER1330.
Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau:
- Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy tiện;
- Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng khi gia công chi tiết làm bằng gang trên máy tiện;
- Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt của chi tiết khi gia công trên máy tiện;
- Xác định mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt chi tiết
Nghiên cứu thực nghiệm nhằm kiểm nghiệm các kết quả lý thuyết, xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt trong quá trình tiện trơn.
20 gang Từ các kết quả đó làm cơ sở lựa chọn và xác định thông số hợp lý của máy tiện EER1330 khi tiện trơn gang
Nội dụng nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các vấn đề sau:
- Xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt cho một số chế độ cắt khác nhau khi tiện gang
Xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt là rất quan trọng trong quá trình gia công gang bằng máy tiện EER1330 Các thông số khác nhau của máy tiện ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất gia công và chất lượng bề mặt sản phẩm Việc tối ưu hóa các thông số này giúp giảm thiểu chi phí năng lượng và cải thiện độ nhám bề mặt, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.
Xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi vận hành EER1330 là rất quan trọng Cần xem xét các thông số hợp lý như góc sau của dao cắt, chiều sâu cắt và tốc độ cắt để tối ưu hóa hiệu suất.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết nhằm xây dựng cơ sở lý luận của đề tài
Phương pháp kế thừa là việc tổng hợp và phân tích các kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực đề tài, từ đó tìm hiểu và thu thập thông tin từ các nghiên cứu đã được thực hiện trên thế giới và tại Việt Nam.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sử dụng qui hoạch thực nghiệm, một phương pháp nghiên cứu mới với vai trò quan trọng của công cụ toán học Cơ sở toán học của lý thuyết này là toán học thống kê, bao gồm hai lĩnh vực chính: phân tích phương sai và phân tích hồi quy.
Nội dung của phương pháp qui hoạch thực nghiệm
Tiến hành thí nghiệm thăm dò nhằm xác định quy luật phân bố của đại lượng nghiên cứu Quy luật này có thể được khái quát và áp dụng trong các nghiên cứu tiếp theo.
Việc xây dựng các phân bố thực nghiệm từ dữ liệu thu thập được là một nhiệm vụ quan trọng nhằm khái quát hóa thành các phân bố lý thuyết Để phát hiện quy luật phân bố khách quan trong tổng thể, cần sắp xếp các trị số quan sát theo một trật tự nhất định và thống kê các phần tử trong những khoảng xác định Để lập phân bố thực nghiệm, cần chia tổ ghép nhóm các trị số theo công thức kinh nghiệm của Brooks và Carruther: \$a=5.lgn\$ và \$k=\frac{m \times (x_{max} - x_{min})}{n}\$.
Trong đó: a- Số tổ được chia; k- Cự ly tổ; xmax, xmin- Trị số thu thập lớn nhất, bé nhất của đại lượng nghiên cứu
Xác định các đặc trưng của phân bố thực nghiệm:
Sai số trung bình mẫu:
Sai tiêu chuẩn: trường hợp mẫu lớn (n>30):
(2.5) luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Phương sai mẫu là bình phương sai tiêu chuẩn: S 2
Phạm vi biến động: R= xmax-xmin (2.7) Độ lệch: Sk= 3 n
Nếu Sk=0, thì phân bố là đối xứng;
Sk>0 thì đỉnh đường cong lệch trái so với số trung bình;
Sk0 thì đỉnh đường cong nhọn so với phân bố chuẩn;
Ex F b, điều này chứng tỏ sự vượt trội có hệ thống của thống kê tập hợp ước lượng bởi S 2 so với tham số tương ứng ước lượng bởi S e 2 Sự khác biệt này không còn nằm trong phạm vi sai số ngẫu nhiên, mà là do sai số theo nhiễu và sự sai lệch không tương thích của mô hình so với đối tượng nghiên cứu.
Trong trường hợp này để có mô hình tương thích có thể chọn các giải pháp sau:
+ Phức tạp hóa mô hình bằng cách nâng bậc cao hơn
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy tiện EER 1330
Hình 3.1 Cấu tạo của máy tiện EER-1330
1 Hộp số; 2 Nắp bảo vệ; 3 Mâm cặp; 4 Bàn trượt dọc; 5 Ổ dao; 6 Bàn trượt phụ; 7 Bàn trượt ngang; 8 Chắn bảo vệ; 9 Ụ động; 10 Bệ máy sau; 11 Tấm chắn bảo vệ các trục bên trong; 12 Trục vít me; 13 Hộp xe dao; 14 Máng hứng phoi; 15 Bàn đạp (phanh khẩn cấp); 16 Gới hạn hành trình bàn xe dao; 17 Bệ máy trước; 18 Hộp số (Hộp chạy dao); 19 Bộ truyền động bánh răng
Máy tiện EER - 1330 hoạt động bằng cách khởi động động cơ, từ đó truyền chuyển động lên trục chính qua dây đai và bánh răng Khi thực hiện quá trình tiện, mâm cặp sẽ kẹp chặt phôi, giúp quá trình gia công diễn ra hiệu quả.
39 cùng chuyển động, dao cắt phôi được gá trên ổ gá dao và chạy tịnh tiến đến chi tiết thực hiện quá trình cắt gọt
Bảng 3.1 Một số thông số kỹ thuật chính của máy tiện EER-1330
Mã hiệu máy tiện EER-1330
Kích thước máy tiện, mm:
Khối lượng máy tiện, kg 980
Motor trục chính,HP Motor Bơm nhớt,HP
Cấp Tốc độ, Vòng/Phút 80- 2000
Các cấp tốc độ của trục chính (Vòng/phút):
2000 luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Bộ truyền bánh đai Hộp số Đảo chiều động cơ
Sử dụng đảo pha điện
Chi phí năng lượng riêng
Chi phí năng lượng, cả chung và riêng, đóng vai trò quan trọng trong giá thành sản xuất và là chỉ tiêu đánh giá chất lượng thiết bị cũng như hiệu quả của quá trình gia công Do đó, nghiên cứu này nhằm tìm kiếm các biện pháp kỹ thuật để giảm chi phí năng lượng, từ đó hạ giá thành sản phẩm và nâng cao chất lượng thiết bị.
Chi phí năng lượng riêng, được xác định bằng công thức
N r N đ (kW.h/.m 3 ) ( 3.1) luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Nđ- Công suất chi phí của động cơ, (KW);
T- Thời gian làm việc để thực hiện được khối lượng công việc M, (h); M- Khối lượng công việc thực hiện trong thời gian T, (m 3 )
Theo [5], công suất cần thiết của động cơ của máy tiện được xác định theo công thức: t m c đ K
Trong đó: Nc - Công suất cắt của máy;
Kt- Hệ số quá tải cho phép (Kt = 1,3 ÷ 1.5)
Lực cắt có thể xác định công suất cần thiết cho quá trình cắt, được gọi là công suất hữu ích, vì nó không phải dùng để vượt qua các lực ma sát trong cơ cấu máy.
Hình 3.2 Các thành phần lực cắt khi tiện
N P (3.3) luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Pz - Lực tiếp tuyến (lực cắt chính) tác dụng theo phương chuyển động của máy;
Py - Lực hướng kính tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang vuông góc với đường tâm chi tiết;
Px - Lực chạy dao (lực dọc trục) tác dụng song song với đường tâm chi tiết, ngược chiều với phương chạy dao;
VZ = V - Tốc độ cắt (m/phút);
VY = 0 - Tốc độ dịch chuyển của dao theo phương hướng kính (m/phút);
Do giá trị của Vx rất nhỏ so với Vz, thành phần thứ ba trong công thức (3.3) có thể được bỏ qua Chẳng hạn, khi tiện với tốc độ V0 là m/phút, S = 0.3 mm/vòng và n = 800 vòng/phút, ta có Vx = 0.24 m/phút.
Công suất cắt Nc được tính theo công thức:
Khi biết công suất căt Nc thay vào công thức (3.2) có thể tính được công suất của động cơ máy tiện theo công thức: t m
Ảnh hưởng của các yếu tố đến lực cắt khi tiện
a Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt
Theo các nghiên cứu thực nghiệm, lực cắt Pz có mối liên hệ với lượng chạy dao và chiều sâu cắt, được thể hiện qua công thức sau đây.
P = Cp.t Xp s Yp (3.6) luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Hệ số Cp và các số mũ xp, yp chịu ảnh hưởng từ tính chất của vật liệu gia công, cũng như các thông số hình học của dao và dung dịch bôi trơn nguội Vật liệu gia công có vai trò quan trọng trong việc xác định các yếu tố này.
Theo [5] để tính pz có thể dùng các công thức gần đúng sau đây:
Trong đó: Cv - Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công;
HB - Độ cứng của vật liệu
Khi gia công thép có độ cứng HB ≤ 170 thì số mũ q = 0,35, còn với HB
> 170 thì q = 0,75, khi gia công gang q = 0.55 c Ảnh hưởng của góc nghiêng chính
Khi gia công gang, việc tăng góc $\phi$ sẽ dẫn đến sự giảm của lực cắt $P_z$ Hiện tượng này xảy ra do bề rộng cắt $b$ giảm và chiều dày cắt $a$ tăng, trong khi chiều sâu cắt và lượng chạy dao không thay đổi Sự thay đổi của $b$ và $a$ là nguyên nhân chính làm giảm lực cắt $P_z$.
Hình 3.3 Ảnh hưởng của góc φ đến các lực P x ,P y , P z luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
44 Ảnh hưởng của góc φ đến các Px, Py được gải thích bằng tương quan lực tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang (hình 3.4)
Hình 3.4 Ảnh hưởng của góc φ đến các thành phần lực căt P x và P y
Ta thấy, khi góc φ tăng, lực Px tăng, còn lực Py giảm, khi góc = 90 o thì lực Py = 0 d Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao
Khi bán kính đỉnh dao r tăng lên, điều kiện cắt sẽ thay đổi và góc nghiêng chính φ sẽ giảm Hình 3.5 minh họa mối quan hệ giữa lực cắt (Px, Py, Pz) và bán kính đỉnh dao r.
Hình 3.5 Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao đến các thành phần lực cắt luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
45 Đường 1 trên hình 3.5 có công thức P z = C z r 0,1 Đường 1 trên hình 3.5 có công thức P y = C y r 0,25 Đường 1 trên hình 3.5 có công thức P x = C x r -0,25
Theo [5], có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt Pz, nhưng chưa có nghiên cứu tổng hợp nào Do đó, trong đề tài này, chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt đến chi phí năng lượng riêng của máy tiện.
Như vậy, thay công thức (3.6) vào công thức (3.5) ta được: t m yp xp đ z
Thay công thức (3.9) vào công thức (3.1) ta được:
Độ nhám bề mặt gia công
Độ nhám bề mặt gia công là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng bề mặt của chi tiết máy, ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của chúng Chất lượng bề mặt phụ thuộc vào phương pháp và điều kiện gia công, là mục tiêu chính trong bước gia công tinh Theo [25], bề mặt chi tiết máy gia công trên máy cắt kim loại không thể tránh khỏi độ mấp mô với chiều cao và bước mấp mô nhỏ Độ nhám bề mặt được xác định qua một hoặc nhiều thông số liên quan đến các mấp mô bề mặt.
Ra-Sai lệch trung bình số học của prôfin:
Rz: Chiều cao nhấp nhô trung bình của prôfin theo 10 điểm: luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Trong đó: Hi max - Sai lệch năm đỉnh cao nhất của profin;
Hi min - Sai lệch năm đỉnh thấp nhất của profin
+ Chiều cao lớn nhất của profin Rmax là khoảng cách giữa đường đỉnh và đường đáy của profin trong giới hạn chiều dài chuẩn
Thông số Ra được sử dụng để đánh giá độ nhám bề mặt cho các mẫu chuẩn và được áp dụng rộng rãi trong các tài liệu kỹ thuật trên toàn thế giới.
Trong quá trình gia công cắt gọt, độ nhám bề mặt gia công bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm góc nghiêng chính của dao cắt (\(\phi\)), góc nghiêng phụ (\(\phi_1\)), bán kính (\(\rho\)) của cạnh cắt, lượng chạy dao (\(s\)), tốc độ cắt (\(v\)) và chiều sâu cắt (\(t\)).
Tác giả Phormenko trong công trình [29] đã xác định thông số Ra thông qua thực nghiệm, do không thể xác định bằng lý thuyết Nghiên cứu của ông tập trung vào độ nhám bề mặt khi gia công thép bằng dao hợp kim 50H và đã thiết lập được công thức thực nghiệm để tính toán Ra.
(3.13) Trong đó: v - Tốc độ cắt (m/phút); s - Lượng chạy dao (mm/vòng); t - Chiều sâu cắt (mm) ; hz - Mức độ mòn mặt sau của dao cắt
Từ phương trình đã nêu, chúng ta có thể xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công và độ nhám bề mặt của chi tiết, làm cơ sở cho nghiên cứu đề tài này.
Tóm lại, các yếu tố ảnh hưởng đồng thời đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt gia công của máy tiện bao gồm: tốc độ cắt, độ sâu cắt, và loại vật liệu gia công.
+ Nhóm yếu tố thuộc về máy :
+ Nhóm nhóm yếu tố thuộc về dao cắt:
- Mức độ mòn mặt sau của dao luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Chuẩn bị thực nghiệm
Thiết bị đo được sử dụng trong khảo nghiệm bao gồm:
- Máy đo tiêu hao công suất điện FLUKE 41B;
- Máy đo độ nhám bề mặt TR 200;
- Đồng hồ bấm giây TIAN FU PC894;
- Máy tính cài đặt phần mềm FLUKEVIEW 41
Thiết bị gia công bao gồm:
- Dao cắt có các thông số:
Các thông số góc của dao tiện được chọn như sau:
Góc nghiêng chính = 90 o ; Góc nghiêng phụ 1 o ; Góc mũi dao 0 o - (90 o + 10 o ) = 80 o ; Góc trước = - 5 o ;
Góc sau chính = 8 o ; Góc cắt : = + = 8 o + 87 o = 95 o ; Góc sắc : = 90 o - - = 90 o - 8 o + 5 o = 87 o
- Phôi làm bằng gang, chiều dài 400mm, đường kính 42mm
Kết quả thí nghiệm thăm dò
Đề tài thực hiện 50 thí nghiệm thăm dò nhằm xác định quy luật phân bố của các hàm chi phí năng lượng riêng và hàm chất lượng bề mặt gia công.
Từ những số liệu thăm dò (phụ lục) thu thập được ta có:
Số lượng nhóm các giá trị thu thập: c = 5log50 = 8 nhóm
- Xét hàm chi phí năng lượng riêng: luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Bảng 4.1 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm STT N r N rtb f i N rtb 2 f i N rb f i N rtb 2
Xác định đặc trưng của phân bố thực nghiệm (bảng 4.2):
Bảng 4.2 Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm
Số trung bình toàn phương z 9.08
Phạm vi biến động R 2.07 Độ lệch Sk 0.72 Độ nhọn phân bố Ex -0.77
Tiêu chuẩn tt 2 37.25 luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Tra bảng ta được 0 2 5 ; k = 67.5 Bậc tự do k = n - 1 = 49 Như vậy tt 2 0,75 mô hình được coi là hữu ích trong sử dụng [6]
- Hàm độ nhám bề mặt gia công:
Tiêu chuẩn Kohren Gtt = 0,2089 Tiêu chuẩn Kohren tra bảng Gb 0,376 Gtt < Gb tính đồng nhất của phương sai đạt tiêu chuẩn
Để kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số, tôi sử dụng tiêu chuẩn Student, trong đó các hệ số được coi là có ý nghĩa khi ttt > tb Với giá trị tb là 2,02 tại mức ý nghĩa = 0,05 và = N.(n-1) = 34, tôi quyết định không loại bỏ bất kỳ hệ số nào để thuận tiện cho việc tìm giá trị tối ưu Tiếp theo, tôi sẽ kiểm tra tính tương thích của mô hình.
Ftt = 2,9998 < Fb = 3,07 Vậy mô hình ta chọn tương thích
Bảng 4.11 Tổng hợp các giá trị xử lý được của hàm R a
17 2.196 2.257 2.363 2.272 2.227 -0.046 0.007 luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
+ Kiểm tra khả năng làm việc của mô hình:
N = 17; K * = 10; m=3; S e 2 = 0,62221; S 2 = 0,23723; Y= 2,094 Vậy R 2 =0,79> 0,75 mô hình được coi là hữu ích trong sử dụng [6]
4.2.5 Chuyển phương trình hồi quy của các hàm mục tiêu về dạng thực
Trên cơ sở thay các giá trị mã hoá: xi = (Xi - X0i)/ei vào phương trình hồi quy (4.1 và 4.2);
Thay các ký hiệu X1 bằng α, X2 bằng h, X3 bằng v Sau khi giản ước ta được :
Hàm chi phí năng lượng riêng Nr theo phương trình (4.1):
Hàm chất lượng mạch xẻ theo phương trình (3.2):
4.2.6 Xác định giá trị tối ưu của các thông số v, u và Để xác định các thông số tối ưu, đề tài lựa chọn phương pháp nhân tử Lagranger Trong đó hàm mục tiêu chính là hàm chi phí năng lượng riêng
,022 - 1,045X1 + 5,462X1 2 - 11,116X2 - 0,686X2X1 + 2,864X2 2 - 15,095X3 + 0,282X3X1 + 10,362X3X2 + 5,201X3 2 + λ(1,274 + 0,465X1 - 0,351X1 2 + 0,232X2 – 0,069X2X1 + 0,551X2 2 -0,478X3 – 0,192X3X1 – luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
(4.12) Với ε=0,947 (Ra = Ramin=0,947μm) Giải hệ phương trình
X1=0,779; X2=-0,062; X3=0,815; λ=6,88 Thay X1, X2, X3 vào phương trình 4.9 ta được: α=7,56 (độ); t=0,49 (mm); v44,6 (v/p), thay φ, t và v vào phương trình 4.10 và 4.11 ta được: Nr=7,064 (Wh/m 3 ); Ra=1,525 (μm)
Các trị số công nghệ hợp lý khi tiện trơn gang bằng máy tiện EER1330 64 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ
Sau khi xác định các thông số hợp lý, chúng tôi đã tiến hành chạy máy với các thông số cắt là góc α=8 độ, chiều sâu cắt t=0,5 mm và tốc độ cắt v=00 v/p Qua 30 lần phay, chúng tôi đã thu được kết quả đáng chú ý.
Chi phí năng lượng riêng Nr=6,718 (Wh/m 3 ) và độ nhám bề mặt
Vậy sai số không đáng kể luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si