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.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.

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

TRẦN ĐÌNH HIẾU

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ MÀI TRỤC VÍT ACSIMET THÉP HỢP KIM ĐẾN NHÁM BỀ MẶT

VÀ LƯỢNG TIÊU HAO ĐÁ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

HÀ NỘI - 2023

BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

TRẦN ĐÌNH HIẾU NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ MÀI TRỤC VÍT ACSIMET THÉP HỢP KIM ĐẾN NHÁM BỀ MẶT VÀ LƯỢNG

TIÊU HAO ĐÁ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: Kỹ thuật cơ khí

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá” là công trình nghiên cứu của chính mình

dưới sự hướng dẫn khoa học của tập thể hướng dẫn khoa học là PGS TS Trần Vệ Quốc

và TS Đỗ Đình Lương Luận án sử dụng thông tin trích dẫn từ nhiều nguồn tham khảo khác nhau và các thông tin trích dẫn được ghi rõ nguồn gốc Các kết quả nghiên cứu của tôi được công bố chung với các tác giả khác đã được sự nhất trí của đồng tác giả khi đưa vào luận án Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác ngoài các công trình công

bố của tác giả Luận án được hoàn thành trong thời gian tôi làm nghiên cứu sinh tại Viện Nghiên cứu Cơ khí

Hà Nội, ngày 26 tháng 6 năm 2023

Tác giả luận án

Trần Đình Hiếu

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, Tôi

đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy giáo, cô giáo 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 và giúp 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 cơ khí, trường

ĐH Công nghiệp Hà Nội, đã giảng dạy, chỉ bảo, góp ý và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này

Tôi xin chân thành cảm ơn phòng giao dịch công ty đá mài Hải Dương tại The Manor Central Park, Đường Nguyễn Xiển, Đại Kim, Hoàng Mai, Hà Nội 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 Đại học Sư phạm kỹ thuật Vinh đã tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian và vật chất để tôi 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, nghiên cứu tại Viện nghiên cứu cơ khí

Hà Nội, ngày 26 tháng 6 năm 2023

Tác giả luận án

Trần Đình Hiếu

MỤC LỤC

MỤC LỤC 5

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 15

Hệ thống con điều khiển bộ nhớ chung 15

DANH MỤC BẢNG 16

Bảng 4.16 Kết quả vết tiếp xúc của răng trục vít Acsimet trước và sau mài 136 17

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI VÀ GIA CÔNG TRỤC VÍT ACSIMET 26

1.1 Giới thiệu về trục vít 26

1.2 Vật liệu chế tạo trục vít 26

1.2.1 Khái niệm bộ truyền trục vít – bánh vít 26

Hình 1.1 Bộ truyền trục vít – bánh vít 26

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 của trục vít và không qua mài răng Đối với truyền động trục vít có công suất lớn cần sử dụng trục vít convôlút (ZN1, ZN2) cũng như trục vít tạo hình bằng mặt côn (ZK1) Các loại trục vít này cần được mài răng 27

- Ưu điểm: 27

+ Tỷ số truyền lớn 27

+ Làm việc êm, không ồn 27

+ Có khả năng tự hãm 27

+ Có độ chính xác động học cao 27

- Nhược điểm: Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều và cần dùng loại vật liệu có khả năng chịu được ma sát lớn 27

Hình 1.2 Trục vít làm bằng thép 28

Hình 1.3 Ứng dụng bộ truyền trục vít – bánh vít 29

1.2.2 Thép hợp kim, đặc điểm và ứng dụng 30

1.3 Gia công mài 31

1.3.1 Khái niệm mài 31

1.3.2 Kỹ thuật mài 31

1.3.3 Gia công cơ khí bằng phương pháp mài 31

1.3.4 Mài trục vít 31

Hình 1.4 Phương pháp mài trục vít 32

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 32

1.4.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ mài ngoài nước 32

1.4.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ mài trong nước 36

1.4.3 Tình hình nghiên cứu về trục vít trên thế giới 40

- Năm 2020 tài liệu [92], đưa ra nghiên cứu Phân tích đặc điểm hình học và lập mô hình tham số cho gia công chính xác trục vít, trong tài liệu nghiên cứu về trục vít của máy nén khí và gia công bằng máy phay 41

1.4.4 Tình hình nghiên cứu về trục vít trong nước 41

1.5 Xác định nhiệm vụ nghiên cứu của luận án 42

1.6 Kết luận chương 1 42

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI RĂNG TRỤC VÍT ACSIMET VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SAU KHI MÀI 43

2.1 Công nghệ chế tạo bộ truyền trục vít - bánh vít 43

2.1.1 Đặc điểm của bộ truyền trục vít – bánh vít 43

Hình 2.1 Các thông số của trục vít và bánh vít 43

Bảng 2.1 Công thức tính trục vít và bánh vít ăn khớp với trục vít Acsimet 44

2.1.2 Chế tạo trục vít và bánh vít 45

Hình 2.2 Sơ đồ gá đặt trục vít khi cắt tinh răng 46

Bảng 2.2 Các phương án cắt răng trục vít và bánh vít 46

Hình 2.3 Sơ đồ gá dao khi tiện trục vít 47

Hình 2.4 Sơ đồ gá dao một phía khi cắt răng trục vít 47

Hình 2.5 Sơ đồ gá dao hai phía để cắt răng trục vít 47

Hình 2.6 Sơ đồ gá dao phay đĩa khi cắt răng trục vít 48

Hình 2.7 Sơ đồ xoáy răng trục vít 48

Hình 2.8 Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài dạng đĩa 49

Hình 2.9 Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài côn dạng chậu 49

Hình 2.10 Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài kiểu chốt 50

Bảng 2.3 Lượng dư (mm) mài trục vít hình trụ (lượng dư một phía) 50

Hình 2.11 Các phương pháp cắt răng bánh vít 51

2.2 Nghiên cứu các đặc điểm của đường xoắn vít để gia công chi tiết 52

2.2.1 Xoắn ốc Acsimet 2D 52

Hình 2.12 Xoắn ốc Acsimet 53

2.2.2 Xoắn Acsimet 3D 54

Hình 2.13 Xoắn không gian 54

2.3 Phương pháp mài trục vít 54

2.3.1 Cơ sở lựa chọn đá để mài 54

Bảng 2.4 Tỷ lệ nhỏ nhất của phần gốc vật liệu mài, % 58

Bảng 2.5 Phạm vi sử dụng các dụng cụ hạt mài có độ hạt khác nhau 58

Bảng 2.6 Độ hạt của các bột mài 60

2.3.2 Xác định hình dạng cho biên dạng đá để mài trục vít [49] 60

Hình 2.14 Sơ đồ xác định biên dạng của rãnh răng, đảm bảo độ ổn định của biên dạng đá mài 62

Bảng 2.7 Sự phụ thuộc của sai số tương đối Δt α / t α vào tỷ số r / τ và góc α 66

Hình 2.15: Toạ độ quá trình mài 67

Hình 2.16 Cấu trúc 3 chiều của xoắn vít 68

Hình 2.17 Sơ đồ cấu tạo đá mài 68

Hình 2.18 Mối quan hệ hình học giữa đá mài và trục vít 69

2.4 Kiểm tra độ chính xác gia công bằng độ tiếp xúc ăn khớp cho bộ truyền trục vít - bánh vít 71

2.4.1 Cơ sở lý thuyết xác định vết tiếp xúc 71

Hình 2.19 Thông số bề mặt không gian 72

Hình 2.20 Mô tả tiếp xúc bề mặt không gian 73

Hình 2.21 Tiếp xúc elip 73

2.4.2 Thực nghiệm xác định vết tiếp xúc 74

2.5 Kiểm tra độ nhám bề mặt 74

Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý đo theo biên dạng 75

2.6 Đánh giá độ tiêu hao đá 76

2.7 Xác định biên dạng đá để mài trục vít Acsimet 76

2.7.1 Cơ sở lý thuyết 76

Hình 2.23 Mô hình mài trục vít Acsimet 77

2.7.2 Xác định biên dạng đá để mài trục vít Acsimet 79

Hình 2.24 Sơ đồ thuật toán xác định biên dạng đá mài 81

Hình 2.25 Biên dạng răng khi mài 82

Hình 2.26 Mặt phẳng giao tuyến của phương trình cân bằng 82

Hình 2.27 Biên dạng đá mài 83

Hình 2.28 Kích thước của biên dạng đá mài 83

Hình 2.29 Đá mài để gia công 84

Hình 2.30 Biên dạng đá mài bên trái 84

2.8 Phương pháp gia công và mài trục vít 85

2.8.1 Đặc điểm của các loại trục vít – bánh vít 85

Hình 2.31 Trục vít thân khai 85

Hình 2.32 Trục vít có Acsimet 86

2.8.2 Cắt các trục vít trên máy tiện 86

Hình 2.33 Sơ đồ cắt trục vít 87

2.9 Phân tích để gia công trục vít 87

2.9.1 Hệ tọa độ chung của chuyển động tương đối của trục vít và dụng cụ cắt 87

Hình 2.34 Hệ tọa độ chung chuyển động tương đối giữa trục vít và dụng cụ cắt 88

2.9.2 Cấu hình trục vít 88

Hình 2.35 Biên dạng trục vít 88

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 89

2.10.1 Mô hình toán học trạng thái mài 89

Hình 2.36 Sơ đồ thay đổi trạng thái hạt do mài mòn các cạnh cắt 91

2.10.2 Cách chọn đá mài 92

2.11 Kết luận chương 2 93

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÀI RĂNG TRỤC VÍT VÀ GIA CÔNG BÁNH VÍT 94

3.1 Quá trình nghiên cứu thực nghiệm 94

3.1.1 Lựa chọn bộ truyền trục vít – bánh vít Acsimet 94

Hình 3.1 Biên dạng ren Acsimet, góc ren 30 o 94

Hình 3.2 Quá trình cắt bánh vít 95

Hình 3.3: Điều chỉnh dao phôi 95

Bảng 3.1 Thành phần hoá học của thép 96

Bảng 3.2 Thông số hình học của trục vít 99

Hình 3.4 Trục vít Acsimet 101

3.1.2 Thiết kế hộp tốc độ kiểm tra vết tiếp xúc 101

Hình 3.5 Hộp tốc độ 101

3.2 Phương pháp xác định vết tiếp xúc 101

Bảng 3.2 Tiêu chuẩn bảng vết tiếp xúc 101

Bảng 3.3 Tiêu chuẩn vết tiếp xúc 101

Bảng 3.4 Tiêu chuẩn độ chính xác lắp ghép của bộ truyền trục vít (không điều chỉnh) 102

3.3 Lượng tiêu hao đá (ktd) 102

Hình 3.6 Chiều dày và hình dạng phoi 103

- Lượng đá tách ra khi mài 103

3.4 Tiêu chuẩn về nhám bề mặt khi mài 103

Bảng 3.5 Cấp nhẵn bóng bề mặt khi mài 104

3.5 Xây dựng quá trình thực nghiệm 104

Hình 3.7 Sơ đồ khối quá trình thực nghiệm 105

3.6 Phương pháp xây dựng công thức thực nghiệm 105

3.6.1 Lấy mẫu và trang thiết bị sử dụng trong thực nghiệm 105

Hình 3.8 Mẫu trục vít thí nghiệm 105

Hình 3.9 Máy tiện CNC gia công trục vít Acsimet 107

Hình 3.10 Máy mài trục vít Acsimet 109

Hình 3.11 Đồng hồ so kiểm tra hành trình 109

Hình 3.12 Biến tần điều chỉnh 110

3.6.2 Trình tự thí nghiệm: 110

3.7 Cơ sở lấy các điểm thí nghiệm 110

3.8 Quy trình chế tạo trục vít Acsimet Gia công trục vít trên máy CNC 111

Hình 3.13: Trục vít sau gia công 112

3.9 Gia công bánh vít 112

Hình 3.14: Bánh vít sau gia công 113

Hình 3.15: Mẫu thí nghiệm 114

Hình 3.16: Hộp giảm tốc 114

Hình 3.17: Trục vít kiểm nghiệm ban đầu 114

Hình 3.18: Đo vết tiếp xúc 115

Hình 3.19: Quá trình mài trục vít 115

CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM MÀI TRỤC VÍT ACSIMET VÀ TỐI ƯU HÓA 117

4.1 Mô hình và kế hoạch thí nghiệm 118

Bảng 4.1 Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm khởi đầu 120

Bảng 4.2 Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu 120

Bảng 4.3 Ma trận thí nghiệm và giá trị của các yếu tố khi thí nghiệm 121

4.2 Tối ưu hóa chế độ công nghệ mài trục Acsimet thép 35CrMo, 38CrMo và 40Cr 122 4.2.1 Thép 35CrMo 122

Bảng 4.4 Ma trận thực nghiệm và kết quả tính toán sau khi đo của các chỉ tiêu 122

Bảng 4.5 Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu Ra 123

Hình 4.1 Đồ thị ảnh hưởng bậc nhất của các thông số chế độ cắt đến độ nhám khi mài trục vít Acsimet thép 35CrMo 125

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 125

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 125

Hình 4.4 Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến độ nhám R a khi mài thép 35CrMo 127

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 128

Hình 4.6 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, v tới độ nhám Ra khi mài thép 35CrMo 128

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 129

Hình 4.8 Biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu R a khi mài thép 35CrMo 130

Hình 4.9 Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu độ nhám R a khi mài thép 35CrMo 130

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 131

Hình 4.10 Cân điện tử 132

Bảng 4.7 Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu Ra khi mài thép 35CrMo 134

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 135

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 135

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 135

Hình 4.14 Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài thép 35CrMo 137

Hình 4.15 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, S tới lượng hao đá khi mài thép 35CrMo 137

Hình 4.16 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n,v tới lượng hao đá khi mài thép 35CrMo 137

Hình 4.17 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số S, v tới lượng hao đá thép 35CrMo 138

Hình 4.18 biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu khi mài thép 35CrMo 138

Hình 4.19 Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu lượng tiêu hao đá khi mài thép 35CrMo 139

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 139

4.2.2 Thép 38CrMo 141

Bảng 4.9: Kết quả đo thực nghiệm trên thép 38CrMo 141

Bảng 4.10 Kết quả đo độ nhám Ra sau thí nghiệm 142

Hình 4.20 Ảnh hưởng của S và v đến R a khi mài thép 38CrMo 143

Hình 4.21 Ảnh hưởng của n và v đến R a khi mài thép 38CrMo 144

Hình 4.22 Ảnh hưởng của n và S đến R a khi mài thép 38CrMo 144

Bảng 4.11 Kết quả đo độ nhám k td sau thí nghiệm 144

Hình 4.23 Ảnh hưởng của S và v đến k td khi mài thép 38CrMo 146

Hình 4.24 Ảnh hưởng của n và v đến k td khi mài thép 38CrMo 146

Hình 4.25 Ảnh hưởng của n và S đến k td khi mài thép 38CrMo 147

Bảng 4.12 Kết quả tối ưu hoá khi mài thép 35CrMo và 38CrMo 147

4.2.3 Thép 40Cr 147

Bảng 4.13 Ma trận thực nghiệm và kết quả tính toán sau khi đo của các chỉ tiêu 147

Hình 4.26 Ảnh hưởng của S và v đến R a khi mài thép 40Cr 149

Hình 4.27 Ảnh hưởng của n và v đến R a khi mài thép 40Cr 149

Hình 4.28 Ảnh hưởng của n và S đến R a khi mài thép 40Cr 150

Hình 4.29 Ảnh hưởng của S và v đến k td khi mài thép 40Cr 150

Hình 4.30 Ảnh hưởng của n và v đến k td khi mài thép 40Cr 151

Hình 4.31 Ảnh hưởng của n và S đến k td khi mài thép 40Cr 151

Bảng 4.14 Kết quả tối ưu hoá khi mài thép 40 Cr, 38CrMo và 35CrMo 151

4.3 Thảo luận kết quả 152

4.4 Thực nghiệm đánh giá kết quả của quá trình tối ưu hóa bằng vết tiếp xúc 153

Bảng 4.15: Số liệu đánh giá tối ưu hoá 153

4.4.1 Chế tạo mô hình kiểm tra vết tiếp xúc 154

4.4.2 Kết quả thực nghiệm 154

Hình 4.32 Quá trình đo vết tiếp xúc 155

4.4.3 Đánh giá kết quả quá trình mài bằng vết tiếp xúc 157

Hình 4.33 Mẫu kiểm tra vết tiếp xúc khi chưa mài 157

Hình 4.34 Quá trình hình thành vết tiếp xúc khi chưa mài 157

Hình 4.35 Thông số đo vết tiếp xúc khi chưa mài 158

Hình 4.36 Quá trình tạo vết trên răng bánh vít

chưa mài 158

Bảng 4.16 Kết quả vết tiếp xúc của răng trục vít Acsimet trước và sau mài 159

4.5 Kết luận chương 4 159

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 160

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 162

TÀI LIỆU THAM KHẢO 163

[92] Dao-Yang Yu, Zhi Ding - Geometric characteristics analysis and parametric modeling for screw rotor precision machining - April 2020, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 107(9–12) 170

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)

ktd - Hệ số tiêu hao đá tương đối

ntd g Lượng tách kim loại khi mài

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

tB mm Bước đường xoắn

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CAM Computer Aided –

Manufacturing Gia công được hỗ trợ bằng máy tính CAD Computer Aided – Design Thiết kế được hỗ trợ bằng máy tính CNC Computer Numerical Control Điều khiển số bằng máy tính

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

GA Genetic Algorithm Giải thuật di truyền

CLTE Coefficient of linear thermal

expansion Hệ số tuyến tính giãn nở tuyến tính

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Công thức tính trục vít và bánh vít ăn khớp với trục vít Acsimet 44

Bảng 2.2 Các phương án cắt răng trục vít và bánh vít 46

Bảng 2.3 Lượng dư (mm) mài trục vít hình trụ (lượng dư một phía) 50

Bảng 2.4 Tỷ lệ nhỏ nhất của phần gốc vật liệu mài, % 58

Bảng 2.5 Phạm vi sử dụng các dụng cụ hạt mài có độ hạt khác nhau 58

Bảng 2.6 Độ hạt của các bột mài 60

Bảng 2.7 Sự phụ thuộc của sai số tương đối Δt α / t α vào tỷ số r / τ và góc α 66

Bảng 3.1 Thành phần hoá học của thép 96

Bảng 3.2 Thông số hình học của trục vít 99

Bảng 3.2 Tiêu chuẩn bảng vết tiếp xúc 101

Bảng 3.3 Tiêu chuẩn vết tiếp xúc 101

Bảng 3.4 Tiêu chuẩn độ chính xác lắp ghép của bộ truyền trục vít (không điều chỉnh) 102

Bảng 3.5 Cấp nhẵn bóng bề mặt khi mài 104

Bảng 4.1 Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm khởi đầu 120

Bảng 4.2 Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu 120

Bảng 4.3 Ma trận thí nghiệm và giá trị của các yếu tố khi thí nghiệm 121

Bảng 4.4 Ma trận thực nghiệm và kết quả tính toán sau khi đo của các chỉ tiêu 122

Bảng 4.5 Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu Ra 123

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 131

Bảng 4.7 Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu Ra khi mài thép 35CrMo 134

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 139

Bảng 4.9: Kết quả đo thực nghiệm trên thép 38CrMo 141

Bảng 4.10 Kết quả đo độ nhám Ra sau thí nghiệm 142

Bảng 4.11 Kết quả đo độ nhám k td sau thí nghiệm 144

Bảng 4.12 Kết quả tối ưu hoá khi mài thép 35CrMo và 38CrMo 147

Bảng 4.13 Ma trận thực nghiệm và kết quả tính toán sau khi đo của các chỉ tiêu 147

Bảng 4.14 Kết quả tối ưu hoá khi mài thép 40 Cr, 38CrMo và 35CrMo 151

Bảng 4.15: Số liệu đánh giá tối ưu hoá 153 Bảng 4.16 Kết quả vết tiếp xúc của răng trục vít Acsimet trước và sau mài 136

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Bộ truyền trục vít – bánh vít 26

Hình 1.2 Trục vít làm bằng thép 28

Hình 1.3 Ứng dụng bộ truyền trục vít – bánh vít 29

Hình 1.4 Phương pháp mài trục vít 32

Hình 2.1 Các thông số của trục vít và bánh vít 43

Hình 2.2 Sơ đồ gá đặt trục vít khi cắt tinh răng 46

Hình 2.3 Sơ đồ gá dao khi tiện trục vít 47

Hình 2.4 Sơ đồ gá dao một phía khi cắt răng trục vít 47

Hình 2.5 Sơ đồ gá dao hai phía để cắt răng trục vít 47

Hình 2.6 Sơ đồ gá dao phay đĩa khi cắt răng trục vít 48

Hình 2.7 Sơ đồ xoáy răng trục vít 48

Hình 2.8 Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài dạng đĩa 49

Hình 2.9 Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài côn dạng chậu 49

Hình 2.10 Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài kiểu chốt 50

Hình 2.11 Các phương pháp cắt răng bánh vít 51

Hình 2.12 Xoắn ốc Acsimet 53

Hình 2.13 Xoắn không gian 54

Hình 2.14 Sơ đồ xác định biên dạng của rãnh răng, đảm bảo độ ổn định của biên dạng đá mài 62

Hình 2.15: Toạ độ quá trình mài 67

Hình 2.16 Cấu trúc 3 chiều của xoắn vít 68

Hình 2.17 Sơ đồ cấu tạo đá mài 68

Hình 2.18 Mối quan hệ hình học giữa đá mài và trục vít 69

Hình 2.19 Thông số bề mặt không gian 72

Hình 2.20 Mô tả tiếp xúc bề mặt không gian 73

Hình 2.21 Tiếp xúc elip 73

Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý đo theo biên dạng 75

Hình 2.23 Mô hình mài trục vít Acsimet 77

Hình 2.24 Sơ đồ thuật toán xác định biên dạng đá mài 81

Hình 2.25 Biên dạng răng khi mài 82

Hình 2.26 Mặt phẳng giao tuyến của phương trình cân bằng 82

Hình 2.27 Biên dạng đá mài 83

Hình 2.28 Kích thước của biên dạng đá mài 83

Hình 2.29 Đá mài để gia công 84

Hình 2.30 Biên dạng đá mài bên trái 84

Hình 2.31 Trục vít thân khai 85

Hình 2.32 Trục vít có Acsimet 86

Hình 2.33 Sơ đồ cắt trục vít 87

Hình 2.34 Hệ tọa độ chung chuyển động tương đối giữa trục vít và dụng cụ cắt 88

Hình 2.35 Biên dạng trục vít 88

Hình 2.36 Sơ đồ thay đổi trạng thái hạt do mài mòn các cạnh cắt 91

Hình 3.1 Biên dạng ren Acsimet, góc ren 30 o 94

Hình 3.2 Quá trình cắt bánh vít 95

Hình 3.3: Điều chỉnh dao phôi 95

Hình 3.4 Trục vít Acsimet 101

Hình 3.5 Hộp tốc độ 101

Hình 3.6 Chiều dày và hình dạng phoi 103

Hình 3.7 Sơ đồ khối quá trình thực nghiệm 105

Hình 3.8 Mẫu trục vít thí nghiệm 105

Hình 3.9 Máy tiện CNC gia công trục vít Acsimet 107

Hình 3.10 Máy mài trục vít Acsimet 109

Hình 3.11 Đồng hồ so kiểm tra hành trình 109

Hình 3.12 Biến tần điều chỉnh 110

Hình 3.13: Trục vít sau gia công 112

Hình 3.14: Bánh vít sau gia công 113

Hình 3.15: Mẫu thí nghiệm 114

Hình 3.16: Hộp giảm tốc 114

Hình 3.17: Trục vít kiểm nghiệm ban đầu 114

Hình 3.18: Đo vết tiếp xúc 115

Hình 3.19: Quá trình mài trục vít 115

Hình 4.1 Đồ thị ảnh hưởng bậc nhất của các thông số chế độ cắt đến độ nhám khi mài trục vít Acsimet thép 35CrMo 125 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 125 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 125

Hình 4.4 Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến độ nhám R a khi mài thép 35CrMo 127

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 128 Hình 4.6 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, v tới độ nhám Ra khi mài thép 35CrMo 128 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 129 Hình 4.8 Biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu R a khi mài thép 35CrMo 130 Hình 4.9 Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu độ nhám R a khi mài thép 35CrMo 130 Hình 4.10 Cân điện tử 132 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 135 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 135 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 135 Hình 4.14 Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài thép 35CrMo 137 Hình 4.15 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, S tới lượng hao đá khi mài thép 35CrMo 137 Hình 4.16 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n,v tới lượng hao đá khi mài thép 35CrMo 137

Hình 4.17 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số S, v tới lượng hao đá thép

35CrMo 138

Hình 4.18 biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu khi mài thép 35CrMo 138

Hình 4.19 Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu lượng tiêu hao đá khi mài thép 35CrMo 139

Hình 4.20 Ảnh hưởng của S và v đến R a khi mài thép 38CrMo 143

Hình 4.21 Ảnh hưởng của n và v đến R a khi mài thép 38CrMo 144

Hình 4.22 Ảnh hưởng của n và S đến R a khi mài thép 38CrMo 144

Hình 4.23 Ảnh hưởng của S và v đến k td khi mài thép 38CrMo 146

Hình 4.24 Ảnh hưởng của n và v đến k td khi mài thép 38CrMo 146

Hình 4.25 Ảnh hưởng của n và S đến k td khi mài thép 38CrMo 147

Hình 4.26 Ảnh hưởng của S và v đến R a khi mài thép 40Cr 149

Hình 4.27 Ảnh hưởng của n và v đến R a khi mài thép 40Cr 149

Hình 4.28 Ảnh hưởng của n và S đến R a khi mài thép 40Cr 150

Hình 4.29 Ảnh hưởng của S và v đến k td khi mài thép 40Cr 150

Hình 4.30 Ảnh hưởng của n và v đến k td khi mài thép 40Cr 151

Hình 4.31 Ảnh hưởng của n và S đến k td khi mài thép 40Cr 151

Hình 4.32 Quá trình đo vết tiếp xúc 155

Hình 4.33 Mẫu kiểm tra vết tiếp xúc khi chưa mài 157

Hình 4.34 Quá trình hình thành vết tiếp xúc khi chưa mài 157

Hình 4.35 Thông số đo vết tiếp xúc khi chưa mài 158

Hình 4.36 Quá trình tạo vết trên răng bánh vít chưa nhiệt luyện 158

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Việc ứng dụng mài là một nguyên công gia công lần cuối đã xuất hiện trước đây khoảng 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 mà các 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 chất trong đó, có thể điều khiển chất lượng của hạt mài trong quá trình sản xuất Công nghiệp sản xuất hạt mài đã điều khiển được các tính chất như kích thước hạt, độ bền của hạt phù hợp với các ứng dụng mài khác nhau

Cho đến nay đã có nhiều các công trình nghiên cứu về mài được thực hiện bởi các nhà khoa học ở các trường đại học, viện nghiên cứu và các doanh nghiệp trong nước cũng như trên thế giới Khi nghiên cứu về mài các nhà nghiên cứu tập trung giải quyết các 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 yếu thực hiện nghiên cứu với trường hợp mài phẳng hoặc mài tròn ngoài, mài định hình như: ren vít, rãnh tròn xoay, … mà chưa có nhiều những nghiên cứu chuyên sâu đối với trường hợp mài trục vít Acsimet Trong khi mài trục vít Acsimet có những đặc điểm 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 những tăng

về số lượng mà cả về chất lượng, trong đó chất lượng sản phẩm là tiêu chí rất quan trọng 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 cầu từng chi tiết của thiết bị, máy móc đó phải đảm bảo chất lượng theo đúng yêu cầu của người thiết

kế đặt ra Tuy nhiên để đánh giá chất lượng chi tiết máy gồm nhiều tiêu chí như 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 bền chi tiết máy Quan trọng nhất là các nguyên công gia công tinh, bởi vì ở các nguyên công này các đặc tính chất lượng của lớp bề mặt được hình thành rõ nét Điều này nói lên tầm quan trọng của các phương pháp gia công tinh trong quy trình công nghệ và sự cần thiết phải xác định phương pháp gia công hợp lý với chế độ cắt tối ưu Trong gia công 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 bằng các hạt mài kết dính; gia công bằng các hạt mài tự do và gia công bằng biến dạng dẻo bề mặt Chất lượng của bề mặt gia

công của chi tiết không chỉ phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu mà còn phụ thuộc vào trạng thái của lớp bề mặt, các chi tiết được chế tạo từ một loại vật liệu như nhau nhưng theo các phương pháp công nghệ và chế độ cắt khác nhau sẽ có tính chất của lớp bề mặt khác nhau Nói đến chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công là nói đến độ nhám bề mặt chi tiết, đó là một trong các tiêu chí để đánh giá chất lượng bề mặt đặc trưng cho tính chất hình học của bề mặt gia công Hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu đến ảnh hưởng của chế độ cắt trên các máy công cụ như máy tiện, máy phay, máy doa, máy tiện CNC, máy phay CNC, Tuy nhiên thực tế có rất nhiều chi tiết máy đòi hỏi có độ bóng bề mặt cao và thường được gia công bằng phương pháp mài Một trong những yêu cầu quan trọng khi gia công bằng phương pháp mài, mài là phải chọn chế độ cắt hợp lý, cần phải tính toán

và lựa chọn một cách hợp lý khi gia công để đảm bảo tăng năng suất, nâng cao chất lượng

bề mặt, độ chính xác của chi tiết,

Đối với trục vít nói chung và trục vít Acsimet nói riêng mài để đạt được yêu cầu kỹ thuật cần xác định được biên dạng của đá để mài, với các chi tiết định hình như trục vít thì 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 trung bình

là 40Cr, 35CrMo và 38CrMo là Các loại thép phổ biến hiện nay trong sản xuất và chế tạo chi tiết máy [19], [2] và để xem xét sự ảnh hưởng của hàm lượng hợp kim ảnh hưởng 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 độ mài trục vít acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá” mang tính cấp thiết, không chỉ phục vụ cho việc giảng dạy ở nhà trường mà còn đáp ứng cho quá trình gia 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 hướng trục 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 hướng trục đến hệ số tiêu hao đá tương đối khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo

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 mặt khi 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 của công nghệ mài; ảnh hưởng của các thông số công nghệ, các đặc trưng của đá mài và quá trình 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 phương pháp thí nghiệm, lựa chọn thiết bị gia công, xác định biên dạng đá, thiết bị đo kiểm từ đó xây dựng các bước tiến hành thí nghiệm

- Nghiên cứu thực nghiệm mài bề mặt răng: Đo các thông số cần thiết phục vụ cho quá 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 quả thực nghiệm và thực nghiệm chế tạo để kiểm chứng cơ sở lý thuyết

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

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 giá chất 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 và 38CrMo 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 Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo

- Thực nghiệm vết tiếp xúc giữa trục vít và bánh vít để đánh giá kết quả tối ưu hóa bằng 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 truyền động 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 và ứng dụng phù hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau Trục vít có bề mặt cơ bản cần gia công là các bề mặt trụ tròn xoay ngoài và bề mặt răng trục vít Các bề mặt tròn xoay thường dùng làm mặt lắp ghép Do vậy các bề mặt này thường được gia công với các độ chính 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 chuyển động và công suất giữa 2 trục chéo nhau trong không gian Có cấu tạo bao gồm có trục vít bánh vít phối hợp với nhau cùng với sự ăn khớp giữa ren của trục vít và răng của bánh vít Bánh vít giống như hình vẽ loại bánh răng nghiêng – thường làm bằng hợp kim màu

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 cắt dọc của răng αx thường từ 14,50 đến 270 thông dụng αx = 200

Trục vít trụ thân khai, được kí hiệu Z1, có góc prôfin αn trong mặt cắt pháp của răng thanh 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 hiệu ZN2;

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 của trục vít

và không qua mài răng Đối với truyền động trục vít có công suất lớn cần sử dụng trục vít convôlút (ZN1, ZN2) cũng như trục vít tạo hình bằng mặt côn (ZK1) Các loại trục vít này cần được mài răng

Trong trường hợp chịu tải không lớn, nhiệt độ thấp (vt ≤ 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 gia công 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 chống dính 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… 25 m/s)

b) Đồng thanh thiếc kẽm chì (chứa thiếc từ 3 đến 6%) như БрОЦС 6-3-3 hoặc БрОЦС 5-5 dùng khi vận tốc trượt = 5…12 m/s

5-Nhóm II: Đồng thanh không thiếc và đồng thau có giới hạn kéo lớn hơn 300 MPa, chẳng hạn đồng thanh nhôm sắt БpА Ж 9-4, đồng thanh nhôm sắt niken БpА ЖH 10-4-4, đồng thau ЛМцC 58-2-2, ЛМцO 58-2-2 v.v…

Các loại vật liệu này có cơ tính tốt, rẻ hơn đồng thanh thiếc nhưng tính chống dính kém nên chỉ sử dụng khi vận tốc trượt vs < 5 m/s Để tăng khả năng chống dính và giảm mòn, trục vít ăn khớp với bánh vít làm bằng vật liệu nhóm II này cần được mài và đánh 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 thích hợp 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, chẳng hạn 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 cacbon trung bình (45, 40X, 40XH, v.v) được tôi bề mặt hoặc thể tích đạt độ rắn 40 55 HCR hoặc thép cacbon đạt độ rắn 58 63 HCR (thép 15X, 20X, 12XH3A, 18XΓT v.v) Sau khi 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 hợp kim đồng thiếc hoặc đồng nhôm + sắt hoặc đồng Niken Trong các trường hợp đặc biệt bánh vít làm bằng thép tôi + ram, trục vít làm bằng đồng hoặc gang hợp kim Ví dụ trong máy 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 không cần 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 tính năng không gỉ, chúng lý tưởng cho các điều kiện ẩm ướt Vật liệu này thường được sử dụng 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 của thang máy

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

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

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 làm bằng các loại vật liệu khác nhau sẽ phù hợp với nhiều mục đích sử dụng và hiệu quả truyền động riêng biệt Do đó cần nắm rõ cấu tạo cũng như những ứng dụng và vật liệu cấu 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: Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều do vận tốc trượt lớn Ngoài ra thì giá thành chế tạo đắt do vật liệu chế tạo bánh vít thường là kim loại màu để giảm ma sát Vậy nên vật liệu được sử dụng chủ yếu để chế tạo bộ truyền trục vít – bánh vít hiện nay ngoài thực tế đó là: Trục vít thường làm bằng thép; Bánh vít thường làm bằng hợp kim màu, cụ thể là hợp kim của đồng (đồng thanh), để tiết kiệm kinh phí có thể làm bánh vít từ thân bằng thép và vành 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 bánh vít (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 𝑑𝑎1 = 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 trộn với các nguyên tố hoá học khác (Crom, Mo, đồng, mangan, niken, ) Tuỳ theo số lượng khác nhau của các nguyên tố và tỷ lệ của chúng trong thép mà thay đổi độ cứng, độ đàn hồi, 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 phương Tây chỉ phân biệt hai loại thấp và cao Sự khác nhau giữa hai loại này không có sự ranh giới

rõ ràng Theo tiêu chuẩn của Nga, thép hợp kim thấp có tổng lượng hợp kim nhỏ hơn 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 vậy được gọi là nguyên tố hợp kim Chúng bao gồm các nguyên tố với hàm lượng lớn hơn các 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 và tôi luyện, nó sẽ có được đặc tính cơ học tốt và độ bền va đập ở nhiệt độ cao và độ cứng của nó là tốt Sau khi làm nguội dầu, giới hạn mỏi sẽ cao hơn Ngoài ra, giá thành không cao, dễ gia công Sau khi xử lý nhiệt thích hợp, nó sẽ có độ dẻo dai, dẻo và chống mài mòn 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, thép 35CrMo, 38CrMo được sử dụng rộng rãi để chế tạo các bộ phận quan trọng làm việc trong môi trường khắc nghiệt, ví dụ: trục truyền động, bánh răng và ổ trục thường chịu ứng 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 của tải trọng, vận tốc trượt và khả năng cung cấp vật liệu Với tải trọng tương đối lớn, vận tốc nhỏ nên dùng đồng thanh nhôm sắt để chế tạo bánh vít, dùng thép hợp kim và thép cacbon chất lượng tốt để chế tạo trục vít, sau khi cắt răng, trục vít được tôi hoặc thấm cacbon đạt

độ rắn cao (HRC > 45) sau đó được mài và đánh bóng Chọn vật liệu và công nghệ chế tạo như vậy sẽ làm cho kích thước bộ truyền gọn hơn, tăng khả năng chống dính và giảm mòn mặt ren bánh vít Ngược lại, khi bộ truyền chịu tải trọng nhỏ hơn nhưng 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 và đánh 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 nay chủ 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 máy cắt 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 được nhiều 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 chi tiết, làm nhẵn mịn chi tiết và thông thường sau gia công mài, sản phẩm sẽ có độ bóng trên

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 xác khi gia công khoảng 0,001mm Phương pháp mài có thể được thực hiện trên những vật liệu 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 bóng cho 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 chóp tròn, mài

lỗ chi tiết (mài bên trong) và mài mặt phẳng (như bàn rà, thước thẳng, thước đo góc…) Trong đề tài tác giả nghiên cứu quá trình mài răng trục vít dạng Acsimet là biên dạng đặc biệt mà trong nước chưa có công trình khoa học nghiên cứu và công bố hiện nay

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 thời gian ngắn, đơn giản chỉ là loại bỏ bớt phần kim loại thừa Yêu cầu khi thực hiện mài thô chính là trong thời gian ngắn nhất làm sao để loại bỏ được nhiều lớp kim loại nhất Bề mặt 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 của sản 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 cao như 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 cắt răng 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

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 quá trình phát triển của mình, công nghệ mài đã có những bước phát triển vượt bậc Các máy mài ngày càng được hoàn thiện, chất lượng đá mài ngày càng cao, phương pháp mài ngày 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 Điều này đã được nhấn mạnh trong các cuốn sách chuyên khảo về mài cũng như trong các giáo trình công nghệ chế tạo máy ở Việt Nam và giáo trình quá trình sản xuất cơ khí trên thế 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 về mài 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 vực điều khiển, … để hướng đến giám sát và tự động hóa quá trình mài, tối ưu hóa quá trình mài Trong tài liệu [47] đã thực hiện nghiên cứu về phương pháp mài vô tâm để mài các chi tiết dạng tròn xoay Đặc biệt, trong công trình nghiên cứu này tác giả đã thực hiện nghiên cứu ứng dụng phương pháp mài vô tâm chạy dao ngang định vị chi tiết trên các giá

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 định hình 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 hình đáng 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 của các 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 quá trình mài định hình Nhóm tác giả đã chỉ ra được các yếu tố hình học chính của đá khi mài 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 hệ giữa chiều dài cung tiếp xúc lý thuyết lk với góc nghiêng β đối với các đường kính phôi khác nhau Đồng thời xây dựng được đồ thị mối quan hệ thực nghiệm giữa độ nhám bề mặt 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 hiện nghiên cứu ứng dụng phương pháp mài định hình vô tâm định vị chi tiết trên 2 giá đỡ cố định 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 bạc phải 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 suốt quá 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 để duy trì

sự tiếp xúc liên tục giữa phôi và hai giá đỡ cố định Lực Q phụ thuộc vào độ lệch tâm 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 dạng mặt cắt ngang của chi tiết khi mài định hình vô tâm rãnh lăn vòng bạc ổ bi cầu định vị trên các giá đỡ cố định Từ đó đánh giá ảnh hưởng của sai lệch hình dạng hình học ban đầu của phôi và góc gá đặt các giá đỡ cố định trên máy đến sai lệch độ tròn của chi tiết khi mài vô tâm chạy dao ngang trên các giá đỡ cố định Tác giả đã đưa ra kết luận đối với 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 mài định hình vô tâm định vị trên các giá đỡ cố định Trên cơ sở đó, tác giả đã đề xuất việc lựa chọn các thông số gá đặt nhằm đảm bảo vị trí ổn định của phôi trong suốt quá trình mài và giảm thiểu sai số gá đặt phôi Tuy nhiên, trong tài liệu này tác giả cũng chưa thực hiện nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van 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 từ các vật liệu hạt mài mới có độ cứng và khả năng cắt cao, nghiên cứu nâng cao chất lượng chế tạo đá mài và hoàn thiện kết cấu của đá mài… Theo hướng nghiên cứu trên, một số các 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 mài kim cương một lớp để mài định hình chính xác các chi tiết có hình dạng phức tạp từ những 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 Qua thực nghiệm, tác giả đưa ra kết luận việc sử dụng đá mài kim cương định hình đã giúp giảm được 40% khối lượng công việc, giảm được 50% thời gian gia công và 25% chi phí gia công Đồng thời tác giả cũng tiến hành khảo sát đánh giá đặc tính mòn đá và năng suất 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 quay của đá mài khi mài định hình bằng đá mài kim cương Tuy nhiên, tác giả mới chỉ tiến hành khảo sát với trường hợp mài định hình trên máy mài phẳng, chưa đưa ra được phương pháp để đo lượng mòn của đá mài, chưa khảo sát đánh giá ảnh hưởng của chế độ mài 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 đa tinh 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 Tuy

nhiên, tài liệu [23] mới chỉ thực hiện khảo sát đối với trường hợp là mài định hình trên máy mài phẳng mà chưa thực hiện khảo sát đối với các trường hợp mài khác như mài định hình tròn xoay ngoài, mài định hình lỗ … Đặc biệt, yếu tố mòn của đá mài cũng như ảnh hưởng của các yếu tố chế độ công nghệ đến năng suất gia công, độ chính xác của 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 dựa trên các nguyên tắc khác nhau đã được nghiên cứu Trong đó có một số phương pháp đo mòn

đã được phát triển dựa trên nguyên lý của sóng âm, sóng siêu âm ở tài liệu [22] và hiện 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 đánh giá mòn đá Tất cả các phương pháp trên đều rất phù hợp với việc thực hiện đo trong điều kiện phòng thí nghiệm Tuy nhiên, chúng không đảm bảo được độ chính xác khi ứng dụng đo mòn trực tiếp trong quá trình mài ướt cần độ chính xác cao do ảnh hưởng bất lợi của dung dịch mài, lực cắt và phoi mài khi gia công trong điều kiện mài có tưới dụng dịch trơn nguội Một hạn chế lớn khác của các phương pháp đo này là chúng tương đối 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 đá mài từ đó hướng đến việc xác định chế độ công nghệ tối ưu Theo hướng nghiên cứu trên, 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 minh trên

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 trình mài 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 số đặc trưng trong quá trình mài MMCs Đồng thời, nhóm tác giả cũng đã xây dựng được mối quan hệ thực nghiệm giữa độ nhám bề mặt chi tiết với thành phần lực tiếp tuyến riêng Đây sẽ là cơ sở lý thuyết để hướng đến ý tưởng giám sát độ nhám bề mặt chi tiết mài thông qua lực tiếp tuyến đo được trong quá trình mài Các hàm quan hệ thực nghiệm này 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 trên máy 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 có được từ kết quả thực nghiệm khi tiến hành thí nghiệm với đá mài được thực hiện sửa đá bằng mũi kim cương sửa đá Trong đó, các thông số đầu vào của mô hình là tốc độ quay của dụng cụ sửa đá, chiều sâu cắt và tốc độ cắt khi sửa đá; thông số đầu ra là độ nhám bề mặt Trong quá trình thí nghiệm, các thông số trong quá trình mài là không đổi và chỉ có các thông số trong quá trình sửa đá là thay đổi Trên cơ sở đó, một mô hình mạng ANFIS với 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 kết quả mài

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

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 trên một

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 các vấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu quá trình mài phẳng tương tự như trong công trình nghiên cứu [32], chỉ khác ở chỗ công trình nghiên cứu khác là giải quyết bài toán trong phạm vi hẹp và sâu hơn đó là tập tối ưu Pareto tức xét trong vùng lời giải khả thi mà không có lời giải 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 quá trình phát triển của mình, công nghệ mài đã có những bước phát triển vượt bậc Các máy mài ngày càng được hoàn thiện, chất lượng đá mài ngày càng cao, phương pháp mài ngày 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 Điều này đã được nhấn mạnh trong các cuốn sách chuyên khảo về mài cũng như trong các giáo trình Công nghệ

chế tạo máy ở Việt Nam và giáo trình quá trình sản xuất cơ khí trên 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 nghệ mới trong các lĩnh vực điều khiển, … để hướng đến giám sát và tự động hóa quá trình mài, 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 từ các vật liệu hạt mài mới có độ cứng và khả năng cắt cao, nghiên cứu nâng cao chất lượng chế tạo đá mài và hoàn thiện kết cấu của đá mài… Theo hướng nghiên cứu trên, một số các công trình khoa học tiêu biểu như sau:

Năm 1996 trong tài liệu [12] đã tiến hành nghiên cứu xây dựng phương pháp đánh giá tính cắt gọt của đá mài từ đó đưa ra các tiêu chí để lựa chọn cặp đá mài – vật liệu gia công 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 khả năng cắt của đá mài bằng việc sử dụng hệ số lực cắt Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu này chỉ thực hiện khảo sát đối với trường hợp mài phẳng và mài tròn ngoài mà chưa thực 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 một phương pháp chế tạo mới cùng với một bộ thông số công nghệ để chế tạo đá mài CBN đơn lớp liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện Niken Đồng thời đánh giá được ảnh hưởng của một số thông số công nghệ cơ bản trong quá trình mạ điện Niken đến sự phân bố các hạt mài trên bề mặt đá mài chế tạo Tuy nhiên, ảnh hưởng của các thông số công 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 trình khoa học trước đây cũng đã đưa ra một số giải pháp và kỹ thuật đo khác nhau ở các tài liệu [5] Trong tài liệu [13] đã xây dựng được hệ thống đo mòn của đá mài bằng đầu đo lazer trên máy mài tròn ngoài Từ đó xác định được lượng mòn của đá mài và lượng mòn tổng cộng của đá mài sau mỗi hành trình mài Trên cơ sở đó tài liệu [13] đã xây dựng được

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 chỉ giới hạn ở dạng mài khô vì khi mài ướt thì dung dịch trơn nguội, phoi mài và các tạp chất thường làm nhiễu ánh sáng, hấp thụ ánh sáng Các tia sáng thường bị phản xạ lệch trên 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 đo

khí nén trên máy mài phẳng Trên cơ sở đó, trong tài liệu [8] đã xây dựng được hàm số cũng như đồ thị quan hệ giữa độ mòn tuyệt đối và độ mòn tương đối với chế độ cắt khi mài Tuy nhiên, hệ đầu đo khí nén trong các tài liệu trên chỉ thực hiện đo mòn tại một điểm 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 nhờ cảm biến áp suất sẽ được chuyển thành tín hiệu điện Sau đó, tín hiệu điện này được ghi lại trên giấy ảnh của máy đo dao động ký Trên cơ sở hiệu chỉnh đầu đo được thiết lập ban đầu, lượng mòn của đá mài sẽ được xác định bằng cách đo độ cao của các điểm tín hiệu 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 lượng mòn của đá mài trong quá trình gia công Trong tài liệu [8] khi thực hiện đo mòn trên máy mài phẳng chưa đưa

ra được giải pháp thu nhận và xử lý tín hiệu đo để đo mòn đá trực tuyến trong quá trình

mài

Để khắc phục nhược điểm trên, gần đây vào năm 2017 trong tài liệu [5] đã thực hiện 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 trong quá trình mài Ban đầu, tác giả thực hiện đo lượng mòn hướng kính của đá mài ở trạng thái 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 để giám sát trực tuyến mòn đá trong quá trình mài phẳng Tuy nhiên, việc giám sát mòn đá thông qua lực cắt đo được trong quá trình mài, trên cơ sở hàm mối quan hệ xây dựng được giữa lực cắt với mòn

đá từ giá trị mòn của đá mài đo được ở trạng thái tĩnh sẽ khó đảm 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 đá mài từ đó hướng đến việc xác định chế độ công nghệ tối ưu Đây là một trong những hướng nghiên cứu được rất nhiều nhà khoa học ở Việt Nam quan tâm Tại Việt Nam, các nghiên cứu về mài theo hướng trên cũng được thực hiện từ rất sớm Trong những năm gần 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 được thực hiện trên máy mài tròn ngoài, tác giả đã xây dựng được đồ thị biểu thị quy luật biến đổi của các thành phần lực cắt theo số chu trình mài Từ đó tác giả đã xác định được tuổi bền của đá mài Đây là cơ sở để hướng đến việc xác định chế độ công nghệ hợp lý khi sửa

đá

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

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

Năm 2015 khi nghiên cứu về mài thép hợp kim trên máy mài tròn ngoài công trình nghiên cứu [9] đã ứng dụng giải thuật di truyền (GA) để xây dựng bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu Trên cơ sở đó, tác giả đã xác định được chế độ cắt tối ưu nhằm đảm bảo năng suất 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 giải pháp

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 nhất định thì chế độ cắt cùng với một số yếu tố công nghệ khác là những yếu tố được điều khiển linh hoạt Mặt khác, các yếu tố công nghệ có ảnh hưởng nhiều đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết mài Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt của chi tiết, để từ đó xác định chế độ công nghệ tối ưu nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài, sẽ là một trong hướng nghiên cứu phù 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 là xác định ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến chất lượng bề mặt răng trục vít

Mặt khác, qua phân tích các nghiên cứu đã thực hiện cho thấy, hầu hết các công trình 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 ở Việt 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 và chất lượng của chi tiết gia công Đây là những vấn đề cần được nghiên cứu và phân tích chi tiết hơn, đặc biệt là yếu tố mòn của đá mài Yếu tố này rất quan trọng, có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cắt của đá mài cũng như năng suất, chất lượng và hiệu quả của toàn bộ quá

trình mài định hình ở nghiên cứu [5] Vì vậy, một trong giải pháp cơ bản để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài định hình là cần xác định được thời điểm sửa đá hợp lý trong nghiên cứu [10] Để đạt được điều này, một trong những yêu cầu 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 khoa học quan tâm và đã giải quyết được nhiều vấn đề cơ bản để đưa vào ứng dụng trong sản xuất 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 lập phương 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 mô hình 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 CBN cho 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 dạng công cụ để gia công xoắn vít khi một biên dạng trục vít tùy ý (hoặc dạng phân tích hoặc dạng rời rạc của biên dạng xoắn vít) được đưa ra Phương pháp bao răng phân tích được thiết 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 phi tuyến phức tạp của tiếp điểm đường kẻ Trong trường hợp này, kết quả không chính xác

Ví dụ, biên dạng mài không đều và có thể xảy ra các điểm kỳ dị Điểm số ít và sự phân

bố không đồng đều dẫn đến sự suy giảm tính toán độ chính xác của phương pháp bao hình

- Năm 2015 tài liệu [34] đã áp dụng đồ họa kỹ thuật số cho phương pháp quét dựa trên 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 phỏng quá 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 nhiều điểm giao nhau trong quá trình mài