tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG của CHẾ độ cắt đến NHÁM bề mặt KHI mài THÉP KHÔNG gỉ TRÊN máy mài TRÒN NGOÀI

Vì vậy đưa ra định hướng nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi mài thép không gỉ trên máy mài tròn ngoài.” Chương 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG B

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy HDKH: TS Trần Minh Đức

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN

TS Trần Minh Đức Phạm Ngọc Duy

THÁI NGUYÊN - 2010

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong nhưng năm gần đây, với sự phát triển nhanh

chóng của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy các ngànhcông nghiệp phát triển Trong lĩnh vực cơ khí chế tạomáy các sản phẩm cơ khí cũng yêu cầu chất lượng ngàycàng cao Để nâng cao chất lượng sản phẩm:

Một mặt người ta sử dụng ngày càng nhiều các loạivật liệu có cơ tính tốt, thép không gỉ hoặc thép chậm gỉ

là một trong những loại vật liệu đó Với thành phần cácbon và hợp kim chủ yếu:  0.1- 0.4 %C , >13%Cr, thìC , >13%C , >13%Cr, thìCr, thìđây là loại thép rất dẻo, dễ uốn, dễ hàn, bền, chống ănmòn tốt trong khoảng nhiệt độ rộng Nên loại vật liệunày được sử dụng khá rộng rãi và rất thích hợp trongcác ngành hoá chất, dụng cụ mổ trong ngành y học,khuôn mẫu, đồ trang sức, các loại ốc vít không gỉ, ổ bichống ăn mòn, đồ gia dụng, bình chứa, ống côngnghiệp, tàu thuyền công nghiệp, vỏ ngoài các công trìnhxây dựng Tuy nhiên do độ cứng không cao nên đây làloại vật liệu rất khó gia công

Mặt khác bên cạnh chọn vật liệu tốt người ta phảinâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt khi giacông để nâng cao chất lượng của sản phẩm Độ chínhxác và chất lượng bề mặt lại phụ thuộc rất nhiều vàophương pháp gia công lần cuối Trong đó mài là mộttrong những phương pháp gia công lần cuối cho độchính xác và chất lượng bề mặt cao Vì vậy việc nghiêncứu điều khiển quá trình cắt khi mài là rất cần thiết Các vấn đề cần nghiên cứu để điều khiển quá trình mài

là rất rộng Tuy nhiên chế độ cắt khi mài là một trong

những yếu tố ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả của quátrình mài, trong khi ở Việt Nam và trên thế giới các côngtrình nghiên cứu về mài còn chưa nhiều, đặc biệt với màithép không gỉ hoặc chậm gỉ có rất ít các công trình nghiêncứu Từ những phân tích trên thấy rằng đề tài:

“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi mài thép không gỉ trên máy mài tròn ngoài ”, là rất cần thiết và cấp bách.

2 Ý nghĩa của đề tài

+ Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc nghiên cứu tối ưuhoá quá trình mài

2.2 Ý nghĩa thực tiễn

Sử dụng làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt khimài các loại thép không gỉ tại các cơ sở sản xuất ở ViệtNam để nâng cao độ chính xác, và chất lượng bề mặtchi tiết gia công

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI

1.1 Tổng quan về công nghệ mài và thép không gỉ.

- Mài là một phương pháp gia công tinh cho độchính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao Tuy nhiên quátrình mài bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố ngẫu nhiên:sắp xếp các hạt mài trên đá, các thông số hình học củahạt mài không hợp lý và luôn thay đổi, sự vỡ hạt màitạo lưỡi cắt mới…Nên việc nghiên cứu và điều khiểnquá trình mài gặp nhiều khó khăn

- Mài có thể gia công được hầu hết các dạng bề mặt:Mặt trụ ngoài, mặt trụ trong, mặt phẳng, mặt định hìnhv.v

- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt cókích thước rất nhỏ, vì thế mài là quá trình cào xước tế vi

bề mặt gia công Hạt mài có độ cứng cao, cắt gọt khôngliên tục nên có thể gia công được vật liệu rất cứng như:thép tôi, hợp kim cứng nhưng lại không gia công đượcnhững vật liệu rất mềm

- Thép không gỉ là loại thép được sử dụng khá phổ biếntrong các ngành hóa chất, y học, công nghiệp dân dụng Tuynhiên do có tính dẻo, dai, tính chịu mòn cao, độ cứng thấp,

độ bền cao vì vậy đây là loại vật liệu rất khó gia công đặcbiệt là gia công cắt gọt

1.2 Chất lượng bề mặt sau mài

1.2.1 Nhám bề mặt

1.2.2 Sóng bề mặt

1.2.3 Tính chất cơ lý lớp bề mặt

1.2.4 Cấu trúc tế vi lớp bề mặt sau mài

1.3 Cơ sở vật lý của quá trình mài

1.2.1 Qúa trình tạo phoi khi mài

1.2.2 Lực cắt khi mài

1.2.3 Nhiệt cắt khi mài

1.2.4 Rung động khi mài

1.2.5 Đặc điểm về mài thép không gỉ

1.4 Kết luận chương 1

Khả năng làm việc của chi tiết máy phụ thuộc rấtnhiều vào chất lượng bề mặt của chúng Muốn nâng caokhả năng làm việc thì phải nâng cao chất lượng bề mặtsau khi mài Do vậy, việc nghiên cứu tìm mối quan hệgiữa chất lượng bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng đếnchất lượng bề mặt như chế độ cắt, đặc tính của đá, chế

độ sửa đá khi mài là rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học

và thực tiễn Vì vậy đưa ra định hướng nghiên cứu:

“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi mài thép không gỉ trên máy mài tròn ngoài.”

Chương 2:

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG

BỀ MẶT GIA CÔNG

Chất lượng lớp bề mặt của chi tiết máy đạt được saukhi mài có ý nghĩa to lớn quyết định khả năng làm việccủa các chi tiết máy (độ bền mòn, độ bền mỏi, khả năngchịu lực )

Chất lượng bề mặt chi tiết máy bao gồm:

+ Tính chất hình học lớp bề mặt (độ nhám, sóng) + Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau khi gia công cơ ( biếncứng lớp bề mặt, ứng suất dư lớp bề mặt)

2.1 Yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt

2.1.1 Ảnh hưởng đến nhám bề mặt và sóng bề mặt 2.1.2 Ảnh hưởng đến tính chất cơ lý lớp bề mặt

2.2 Các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công

2.2.1 Các PP đánh giá độ nhám bề mặt gia công

2.2.2 Các PP đánh giá độ cứng lớp bề mặt của vật liệu gia công

2.2.3 Các PP đánh giá ứng suất dư bề mặt gia công 2.2.4 Các PP đánh giá cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công.

2.3 Giới hạn vấn đề nghiên cứu

Hiện nay các loại thép không gỉ hoặc chậm gỉ được

sử dụng rất nhiều trong ngành cơ khí, dược…Chấtlượng bề mặt là một trong những yếu tố quyết định đếnchất lượng của chi tiết Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng

đến chất lượng bề mặt và độ chính xác như các thông sốcủa đá mài, các thông số sửa đá, chế độ trơn nguội, chế

độ cắt khi mài… Trong các yếu tố này thì chế độ cắtkhi mài cụ thể là: chiều sâu cắt t, lượng chạy dao S; đây

là những yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất và dễ điều khiểnnhất Vì vậy ở đây tác giả chọn các thông số này đểnghiên cứu trên cơ sở đảm bảo tuổi bền của đá mài, cụthể là:

Hình 2.1 Mô hình nghiên cứu tổng quát

2.4 Kết luận chương 2

1 Đã làm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bềmặt khi mài: Quỹ đạo chuyển động của các hạt mài, hạtmài, chế độ cắt, thông số của đá mài, vật liệu gia công,sửa đá, rung động, dung dịch trơn nguội, đây là cơ sở đểtìm các biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt mài

2 Đã trình bày các phương pháp đánh giá chất lượng

bề mặt gia công: Đánh giá nhám, độ cứng lớp bề mặt,cấu trúc tế vi lớp bề mặt

3 Đã xác định được mục đích, đối tượng, và giới hạnphạm vi nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm để đảm bảo

Nhám

Ra; Rt Cấu trúc

tếvi

ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

4 Xây dựng được mô hình toán học hàm mục tiêutối ưu theo chỉ tiêu kĩ thuật cho quá trình mài tinh:Nhám bề mặt

Chương 3:

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

3.1 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm và ma trận thực nghiệm

1

0.005

Sử dụng sơ đồ quy hoạch thực nghiệm, ma trận quyhoạch thực nghiệm thể hiện như sau:

Hình 3.1 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm

Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm với hai thông số thayđổi: Lượng tiến dọc của bàn máy: Sd(m/p); chiều sâucắt: t(mm), với chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt giacông gồm: Nhám Ra, Rt, hình thái bề mặt chi tiết nhưsau:

Điểm TN S d (m/ph) t (mm/htđ)

P1 (0) 2 (+) 0.015

P2 (-) 1 (+) 0.015

P3 (-) 1 (0) 0.010

P4 (0) 2 (-) 0.005

P5 (+) 3 (-) 0.005

P6 (+) 3 (0) 0.010

Bảng 3.1 Ma trận thực nghiệm

3.2 Phương pháp tiến hành thí nghiệm và kết quả

Quá trình thí nghiệm được thực hiện theo các bước sau:

- Bước 1: Tại mỗi điểm thí nghiệm tiến hành sửa đá

với bộ thông số công nghệ sửa đá không đổi: Ssđ= 3 (m/p); tsđ=0.01 (mm/htđ)

- Bước 2: Tiến hành mài tròn ngoài chạy dao dọc với

chế độ công nghệ: Vđ=30m/s; nct = 120(v/p); Sd; t thayđổi

- Đo các thông số đánh giá nhám bề mặt: Ra để đảmbảo độ tin cậy, tiến hành đo sau 11 hành trình đơn, cácphép đo được thực hiện ở ba vị trí bất kỳ khác nhau rồilấy giá trị trung bình

- Để đảm bảo tính ngẫu nhiên, giảm sai số do nhiễu,đối với mỗi bộ thông số công nghệ lặp lại thí nghiệm 3lần, đo kết quả rồi lấy giá trị trung bình của ba lần thínghiệm đó

Hình 3.2 TN trên máy mài tròn ngoài 3Б153

Bảng 3.2 Kết quả TN ảnh hưởng của chế độ cắt đến

Sau khi dùng phần mềm Minitab14 để tính toán hồiquy thực nghiệm ta được kết quả như sau:

a, Hàm hồi quy thực nghiệm của Ra

Hình 3.3 Phương trình hàm hồi quy thực nghiệm

Như vậy hàm hồi quy nhám bề mặt Ra; Rt có dạngnhư sau:

0 046

0 486

R

Đây chính là phương trình hồi quy thực nghiệm củaquan hệ giữa nhám với chiều sâu cắt và lượng chạy dao.Dùng phần mềm Matlab7.0 vẽ đồ thị biểu diễn mốiquan hệ của hàm như sau:

Hình 3.4 Đồ thị quan hệ giữa nhám bề mặt R a ; R t với S

và t khi mài thép không gỉ SUS304

Chụp ảnh tế vi bề mặt gia công trên máy kính hiển vi điện

tử HITACHI S4800 kết quả cho trên hình:

a) P1 (t = 0,015mm/htđ; Sd = 2 m/p)

Hình 3.5 Ảnh SEM bề mặt khi mài thép SUS304 bằng đá mài Hải Dương Cn60.TB 1 G.V 1 400x40x203.35m/s dd trơn nguội emulxi nồng độ 4%

3.3 Thảo luận kết quả

Phương pháp mài thường chỉ được biết đến khi được

sử dụng để gia công các loại vật liệu khó gia công (vậtliệu có độ cứng và độ bền cao) Đề tài đã đưa ra đượcminh chứng cụ thể là mài còn có thể được sử dụng đểgia công vật liệu mềm với năng suất, độ chính xác vàchất lượng bề mặt cao Tuy nhiên từ đồ thị (hình 3.4) vàảnh SEM (hình 3.5) nhận thấy khi mài vật liệu dẻo nóichung và thép không gỉ nói riêng có một số đặc điểm

p)

-17-f) P6 (t = 0,01mm/htđ; S

d = 3 m/p)

khác với mài các vật liệu thông thường (mài vật liệu có

độ cứng và độ bền cao) như sau:

- Nhám bề mặt, cấu trúc tế vi lớp bề mặt phụ thuộc rấtlớn vào chế độ công nghệ gia công (s, t)

Qua đồ thị quan hệ giữa nhám bề mặt Ra, Rt vớilượng chạy dao S và chiều sâu cắt t (hình 3.4) có nhậnxét:

+ Khi tăng S thì nhám bề mặt giảm, điều này trái vớiquy luật khi mài các loại thép thông thường điều nàyđược giải thích như sau: Trong vùng tạo phoi do tínhdẻo nên vật liệu bị biến dạng dẻo lớn, ma sát giữa mặtsau của hạt mài với bề mặt gia công lớn, phoi tách rathường dính bết lên bề mặt đá làm giảm không gianchứa phoi, ma sát giữa bề mặt đá và chi tiết tăng quátrình tự sửa đá khó khăn hơn, dung dịch trơn nguội khóđưa vào vùng cắt vì vậy vùng tạo phoi nhiệt cắt lớn,biến dạng dẻo lớn, nên nếu lượng tiến bàn lớn thì giảmthời gian tiếp xúc giữa chi tiết và đá nên giảm nhiệt,giảm biến dạng dẻo vì vậy nhám bề mặt giảm

+ Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t tới nhám bề mặt và cấutrúc tế vi lớp bề mặt vẫn giống quy luật khi mài các loạithép thông thường: chiều sâu cắt giảm thì nhám bề mặtgiảm tuy nhiên do tính dẻo của vật liệu nên nếu t quá nhỏ

sẽ không cắt được bề mặt chi tiết chỉ bị biến dạng dẻo lúc

đó nhám bề mặt tăng

+ Trong hai yếu tố ảnh hưởng đến nhám bề mặt thìảnh hưởng của S lớn hơn ảnh hưởng của t vì vậy khi

mài tinh nên chọn S lớn.

+ Do nhiệt cắt, biến dạng dẻo trong vùng tạo phoi khi

mài lớn nên chất lượng bề mặt khi mài các loại vật liệunày thấp hơn các loại vật liệu thông thường (nhám bềmặt cao hơn, lớp ứng suất dư bề mặt là kéo )

Qua hình chụp ảnh SEM bề mặt chi tiết tại các điểmthí nghiệm (hình 3.5) có nhận xét:

+ Tại điểm thí nghiệm P5 có chiều sâu mài t =0.005mm/htđ; lượng chạy dao S = 3m/p là điểm có chấtlượng bề mặt tốt nhất, các vết cao xước rất đều, bề mặt

bị biến dạng dẻo ít điều này được giải thích như sau: Dochiều sâu cắt nhỏ nên lực cắt nhỏ vì vậy lực cắt tácđộng lên bề mặt chi tiết nhỏ làm bề mặt chi tiết bị biếndạng dẻo ít hơn, mặt khác do S lớn nên thời gian tiếpxúc giữa đá và chi tiết giảm, khả năng tự mài sắc của đátốt hơn nên giảm nhiệt cắt, giảm biến dạng dẻo, các vếtcào xước đều hơn nên nhám bề mặt nhỏ hơn

+ Tại điểm thí nghiệm P3 có chiều sâu mài t =0.01mm/htđ; lượng chạy dao S = 1m/p là điểm có nhám

bề mặt cao nhất các vết xước không đều, điều này đượcgiải thích như sau: ở chế độ cắt này do S nhỏ hơn nênthời gian tiếp xúc của đá mài và chi tiết tăng mặt khác

do chiều sâu cắt là lớn nên lực cắt lớn, các vết cào xướcsâu hơn vì vậy nhiệt cắt lớn, biến dạng dẻo lớn nênnhám bề mặt lớn

- Vậy căn cứ vào yêu cầu công nghệ cụ thể từ phươngtrình quan hệ của Ra; Rt và S, t ta hoàn toàn xác định

được bộ thông số S, t hợp lý đáp ứng yêu cầu kỹ thuậtcủa nguyên công.

3.4 Kết luận chương 3

1 Đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm (máy, cặp

đá mài - vật liệu gia công, thiết bị đo…) cùng với cácđiều kiện công nghệ cụ thể để tiến hành nghiên cứubằng thực nghiệm nhằm xây dựng các mô hình thể hiệnảnh hưởng của chế độ cắt tới một vài thông số đặc trưngcho quá trình cắt khi mài tinh trên máy mài tròn ngoài

2 Đã tiến hành nghiên cứu TN, đã thu nhận, lưu trữ,

xử lý được số liệu thực nghiệm đảm bảo độ tin cậy

3 Đã xây dựng được mối quan hệ hàm số giữa các đạilượng ra của quá trình mài (nhám bề mặt Ra) và đạilượng vào là chế độ cắt (chiều sâu cắt t, lượng chạy daoS) dưới dạng hàm số mũ Đã đưa ra nhận xét về quy luậtảnh hưởng của chế độ cắt đến một vài thông số đánh giáchất lượng bề mặt (nhám bề mặt, hình thai lớp bề mặt)

4 Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm phù hợp vớicác nghiên cứu lý thuyết

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU

TIẾP THEO

Nội dung của đề tài là: “Nghiên cứu ảnh hưởng

của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi mài thép không

gỉ trên máy mài tròn ngoài” Qua ba chương luận văn

đã nêu được các vấn đề sau:

- Luận văn đã trình bày khái quát về các loại thépkhông gỉ: Đặc điểm, phân loại, cũng như vai trò, khả

năng ứng dụng trong công nghiệp.

- Đã tổng kết được các lý thuyết cơ bản về công nghệmài, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của bề mặtchi tiết khi mài

- Đã đặt ra được bài toán và đưa ra phương phápnghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiêncứu thực nghiệm, xây dựng hệ thống thí nghiệm đảmbảo yêu cầu nghiên cứu với các thiết bị đo hiện đại

- Đã tiến hành thực nghiệm đạt kết quả tốt.

- Đã xây dựng được quan hệ giữa nhám bề mặt và chế

độ công nghệ gia công (chiều sâu cắt t, lượng chạy daoS) dưới dạng các hàm thực nghiệm: 1 a2

b

R  Từ đó đã đánh giá được ảnh hưởng củacác thông số công nghệ (S, t) tới nhám bề mặt khi màiloại thép này

- Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn to lớn: Vớicác độ nhám bề mặt yêu cầu dựa vào hàm thực nghiệm

có thể lựa chọn chế độ gia công hợp lý, giảm chi phígóp phần nâng cao hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của quátrình sản xuất

- kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để điềukhiển tối ưu hóa quá trình mài

Hướng nghiên cứu tiếp theo

Đề tài đã thu được một số kết quả khá tốt nhưng vẫncòn nhiều hạn chế mà tác giả sẽ nghiên cứu và hoànthiện trong tương lai để hoàn thiện đề tài của mình Sau

đây là một số hướng chính:

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của topography bề mặt đámài corun điện nâu đến quá trình cắt đặc biệt là khi màinhững kim loại mềm như thép không gỉ, từ đó điềukhiển quá trình chế tạo đá và quá trình sửa đá để tạo ratopography bề mặt đá hợp lý

- Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của cả ba thông sốchế độ cắt (S, n, t) đến chất lượng bề mặt và độ chínhxác khi mài thép không gỉ

- Nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng và tốc độ lantruyền biến dạng của vật liệu gia công trong quá trìnhcắt đến chất lượng bề mặt và độ chính xác gia côngtrong quá trình cắt thép không gỉ

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đá mài (độhạt, cấu trúc, độ cứng ) đến chất lượng bề mặt và độchính xác gia công khi mài thép không gỉ

- Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội và

phương pháp tưới nguội đến độ chính xác và chất lượng

bề mặt khi mài thép không gỉ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Trọng Bình; Tối ưu hoá quá trình gia công

cắt gọt; NXB Giáo dục, Hà Nội (2003).

[2] Nguyễn Trọng Bình, Trần Minh Đức; “Nghiên cứu

ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi sửa đá tới Topografie của đá”, (1999).

[3]. Dương Trọng Đại; luận văn thạc sỹ kỹ thuật

“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi mài tròn ngoài”, (2006).