Nghiên cứu chế độ công nghệ sửa đá, bôi trơn – làm nguội và xác định đường kính đá mài tối ưu khi thay đá để nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ tt

Do đó, nâng cao hiệu quả, giảm chi phí cho quá trình mài nói chung và mài lỗ nói riêng mà vẫn đảm bảo yêu cầu về độ chính xác, độ nhám bề mặt gia công là một trong các hướng nghiên cứu đ

A ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA LUẬN ÁN

1 Tên đề tài

Nghiên cứu chế độ công nghệ sửa đá, bôi trơn – làm nguội và xác định đường kính đá mài hợp lý khi thay đá để nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ

2 Tính cấp thiết của đề tài

Với sự tiến bộ vượt bậc của kỹ thuật và công nghệ, sản phẩm cơ khí ngày càng phải đáp ứng các yêu cầu cao về chất lượng và cả năng suất Trên thực tế, đa số các nguyên công cuối trong quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí là nguyên công mài Mài đặc biệt chiếm ưu thế khi gia công tinh các chi tiết đã tôi cứng, các chi tiết có độ cứng, độ bền cao vv… Chính nhờ các ưu điểm trên, mài được dùng rất phổ biến trong gia công cơ khí để gia công tinh và bán tinh Mài chiếm khoảng 20-25% tổng chi phí cho gia công

cơ nói chung Do đó, nâng cao hiệu quả, giảm chi phí cho quá trình mài nói chung và mài lỗ nói riêng mà vẫn đảm bảo yêu cầu về độ chính xác, độ nhám bề mặt gia công là một trong các hướng nghiên cứu được nhiều nhà khoa học quan tâm

So với mài tròn ngoài và mài phẳng, quá trình mài lỗ (hay mài tròn trong) được thực hiện trong điều kiện khó khăn và không gian chật hẹp hơn Cũng vì lý do đó nên việc nghiên cứu quá trình mài lỗ cũng gặp nhiều khó khăn hơn Do đó, mài lỗ ít được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu hơn mài tròn ngoài hay mài phẳng

Để nâng cao hiệu quả cho quá trình mài lỗ, nhiều giải pháp được đề xuất nhằm cải thiện các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của quá trình như: sử dụng những loại đá mài cao cấp (đá mài kim cương, đá mài CBN), mài cao tốc (tăng vận tốc cắt), tối ưu hóa thông số quá trình như chế độ cắt, cải thiện chế độ bôi trơn – làm nguội và tối ưu hóa chế độ công nghệ sửa đá Trong

đó, tối ưu hóa thông số quá trình mài được nhiều nhà khoa học quan tâm do

nó vừa có thể cải thiện rõ rệt chỉ tiêu về kỹ thuật đồng thời cũng có khả năng nâng cao hiệu quả về kinh tế

Thép 90CrSi là thép hợp kim dụng cụ có độ bền cơ học và tính chịu mài mòn cao Nó thường được dùng để chế tạo khuôn mẫu, dụng cụ cắt có tốc

độ cắt thấp, các chi tiết yêu cầu tuổi bền và có khả năng chịu mài mòn cao như chày cối dập thép tấm hoặc chày, cối dập thuốc viên Để chế tạo các lỗ

cối dập thuốc viên hoặc cối dập thép tấm, người ta thường sử dụng mài lỗ Tuy nhiên, trên thực tế, chất lượng bề mặt cũng như năng suất của quá trình mài lỗ còn chưa cao Do vậy, những kết quả nghiên cứu trong đề tài sẽ góp phần đưa ra những giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả trình mài lỗ trong thực tế

Từ phân tích nêu trên ta thấy có thể nâng cao hiệu quả của quá trình mài (tăng năng suất hay giảm chi phí mài) bằng việc thực hiện 3 giải pháp sau: tối ưu hóa chế độ bôi trơn làm nguội, tối ưu hóa chế độ sửa đá và xác định

đường kính tối ưu khi thay đá hay tuổi thọ tối ưu của đá mài Vì thế cho nên

“Nghiên cứu chế độ công nghệ sửa đá, bôi trơn – làm nguội và xác định đường kính đá mài tối ưu khi thay đá để nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ” là đề tài có tính cấp thiết

3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là công nghệ mài lỗ, với đối tượng thực nghiệm là thép 90CrSi qua tôi

4 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của đề tài nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ: giảm chi phí gia công, cải thiện độ nhám của bề mặt chi tiết gia công, nâng cao năng suất mài

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết với thực nghiệm

Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích và tổng hợp cơ sở lý thuyết của công nghệ mài lỗ, lý thuyết tính toán chi phí mài

Nghiên cứu thực nghiệm: thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số cũng như tối ưu hóa các thông số chế độ công nghệ bôi trơn làm nguội (BTLN), sửa đá và đường kính đá khi thay trong gia công mài lỗ

6 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu tổng quan quá trình mài lỗ; Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch và chế độ BTLN, ảnh hưởng của chế độ công nghệ sửa đá đến nhám bề mặt và năng suất mài; Nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán chi phí gia công quá trình mài lỗ và ảnh hưởng của các nhân tố đến chi phí mài; Nghiên cứu xác định đường kính đá mài khi thay đá hợp lý trong gia công mài lỗ (tuổi thọ hợp lý của đá mài)

Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng, xác định chế độ bôi trơn – làm nguội, chế độ sửa đá với mài lỗ thép 90CrSi

8 Cấu trúc của luận án

Luận án gồm các phần: Mở đầu, 5 chương, kết luận và phần phụ lục Chương 1: Tổng quan về mài lỗ

Chương 2: Mô hình nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ và xây dựng hệ thống thí nghiệm

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của chế độ bôi trơn – làm nguội đến quá trình mài lỗ

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của chế độ sửa

Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu xác định các biện pháp nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ nhằm nâng cao năng suất, giảm giá thành khi mài lỗ chi tiết thép 90CrSi Kết quả này có thể áp dụng vào quá trình gia công trong thực

tế để gia công các sản phẩm lỗ cối dập thuốc viên nén

B NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÀI LỖ

Trong chương này bao gồm các vấn đề sau:

1.1 Giới thiệu về mài lỗ: sơ đồ mài, trục mang đá mài, vị trí và vai trò của nguyên công mài lỗ trong quy trình công nghệ

1.2 Đặc điểm của quá trình mài lỗ

- Các đặc tính của quá trình mài lỗ như chiều dài cung tiếp xúc lk, chiều dày lớp cắt khi mài az, đường kính tương đương của đá mài Dtd, quá trình tách phoi của hạt mài, năng suất mài, lực trong quá trình mài

- Các vấn đề liên quan đến mòn đá mài

- Tuổi bền đá mài và cách xác định tuổi bền của đá mài

- Độ nhám bề mặt gia công

- Topography của đá mài và cách đo Topography

1.3 Nghiên cứu tổng quan các nghiên cứu về mài và mài lỗ

Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của các thông số chế độ bôi trơn – làm nguội, chế độ sửa đá và chế độ cắt đến kết quả của quá trình mài

lỗ Bên cạnh đó, một số mô hình tính toán chi phí trong gia công mài như

mô hình của Tarasow – Shaw, Field và Ebbrells – Rowe đã được nghiên cứu, phân tích các ưu nhược điểm của các mô hình này

1.4 Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ

Nghiên cứu xác định chế độ bôi trơn, làm nguội hợp lý;

Nghiên cứu xác định chế độ sửa đá hợp lý;

Nghiên cứu xác định tuổi thọ hợp lý của đá (hay đường kính hợp lý khi thay đá)

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH MÀI LỖ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM

Trong chương này bao gồm các vấn đề sau:

2.1 Mô hình nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ

Trên thực tế, các nghiên cứu về mài thường tập trung vào nâng cao hiệu quả kỹ thuật của quá trình gia công Cụ thể là nâng cao độ chính xác, cải thiện chất lượng bề mặt gia công, giảm lực, nhiệt, rung động hoặc tìm các giải pháp nâng cao năng suất gia công Để giải quyết hài hòa cả 2 hướng nghiên cứu này, luận án này đã xây dựng một mô hình nghiên cứu nâng cao

hiệu quả của quá trình mài lỗ Cụ thể, để nâng cao độ chính xác, chất lượng gia công và giảm giá thành sản phẩm, mô hình nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ đề xuất gồm 03 phần như sau:

Phần 1: Các thông số đầu vào

Mài là quá trình rất phức tạp Có nhiều thông số ảnh hưởng tới quá trình gia công và kết quả của quá trình gia công Các thông số này được chia thành năm nhóm: máy và chế độ cắt; chi tiết gia công; đá mài; công nghệ sửa đá và công nghệ BTLN Với năm nhóm thông số đầu vào này ta có thể chọn một số các thông số nổi bật để đưa vào khảo sát

Hình 1 Mô hình nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ

Phần 2: Các giải pháp nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ

03 giải pháp có thể nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ gồm có: BTLN giúp giảm nhám bề mặt gia công, tăng tuổi bền đá mài; Chế độ sửa

đá giúp tăng tuổi bền đá mài, tăng năng suất gia công; Tuổi thọ tối ưu của

đá mài giúp giảm chi phí gia công Các mô hình này được trình bày trong các chương tiếp theo của luận án

Phần 3: Đầu ra của mô hình: Chất lượng của quá trình gia công được nâng; năng suất gia công tăng, chi phí gia công giảm mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

Căn cứ vào những lập luận đó ta có thể đưa ra mô hình để nghiên cứu nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ như hình 1

Ba giải pháp được đề xuất và nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ nhỏ Trong đó, áp dụng tuổi thọ tối ưu của đá mài (đường kính đá mài khi thay) chưa được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu Hình 2 biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian làm việc của đá tính theo giờ (L) tới chi phí cho đá mài (Cgw,p), chi phí cho máy, lương công nhân và quản lý (Cmt,p) khi mài một chi tiết

Hình 2 Quan hệ giữa thời gian làm việc của đá mài với chi phí mài

Hình 2 cho thấy thời gian làm việc của đá mài càng lâu thì chi phí cho

đá mài theo thời càng giảm Ngược lại chi phí cho máy, con người và quản

lý lại phụ thuộc bậc nhất và tăng dần theo thời gian làm việc Tổng chi phí mài một chi tiết là tổng chi phí đá mài và chi phí cho máy, lương công nhân, quản lý… Đồ thị này cho tồn tại một giá trị tuổi thọ tối ưu của đá mài mà tại

- Thông số đầu ra: Ra, Ct,p và De,op

2 Đã đề xuất mô hình nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ với 03 giải pháp chính đó là: xác định chế độ BTLN hợp lý, xác định chế độ công nghệ sửa đá tối ưu và tối ưu hóa đường kính đá mài khi thay đá Các giải pháp này sẽ được trình bày trong các chương tiếp theo của luận án

Ct,pmin; Lop

3 Đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm đáp ứng được yêu cầu của nghiên cứu thực nghiệm

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ BÔI TRƠN – LÀM NGUỘI ĐẾN QUÁ

TRÌNH MÀI LỖ 3.1 Ảnh hưởng chế độ bôi trơn làm nguội đến nhám bề mặt

BTLN tưới tràn được sử dụng phổ biến nhất trong mài lỗ Do đó, nghiên cứu này đã chọn BTLN tưới tràn là một trong hướng để nghiên cứu nâng cao hiệu quả quá trình mài

3.1.1 Thực nghiệm và xử lý kết quả

a Với dầu Caltex Aquatex 3180

Bảng 1 Kết quả đo nhám bề mặt khi sử dụng dung dịch BTLN Caltex Aquatex 3180

TT Điểm

TN

Giá trị mã hóa Giá trị thực

Ra (µm)

Lưu lượng

Phân tích kết quả thí nghiệm

Sử dụng phần mềm Minitab 16 tiến hành phân tích kết quả thí nghiệm ta thu được kết quả phân tích phương sai của mô hình hồi quy

Y = 1,048 - 0,229x1 – 0,133x2 + 0,033x12 + 0,030x2 - 0,010x1x2 (1)

Khi nồng độ dung dịch BTLN ảnh hưởng lớn nhất tới trị số nhám bề mặt gia công Khi nồng độ dung dịch tăng, trị số trị số nhám giảm và đạt cực tiểu Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng nồng độ thì trị số trị số nhám sẽ tăng Nguyên nhân là: việc tăng nồng độ dung dịch giúp tăng tính chất bôi trơn của dung dịch, giảm ma sát Còn khi nồng độ dung dịch quá cao sẽ làm dung dịch quá đậm đặc, tăng tính nhớt làm tăng lượng phoi bám dính lên đá mài dẫn đến nhám bề mặt tăng Tương tự, lưu lượng dung dịch cũng có ảnh hưởng tới trị số nhám

Hình 3 Đồ thị bề mặt chỉ tiêu tối ưu hóa khi sử dụng dầu Caltex Aquatex 3180

Tồn tại một giá trị lưu lượng hợp lý để đạt trị số nhám nhỏ nhất Vì khi tăng lưu lượng dung dịch, giúp cho lượng dung dịch vào làm nguội và bôi trơn vùng cắt do đó làm giảm trị số nhám bề mặt Ngoài ra, việc tăng lượng dung dịch BTLN cũng khiến cho lượng dầu vào trong vùng gia công nhiều dẫn đến tăng độ đậm đặc của dung dịch và làm tăng trị số nhám bề mặt (ảnh

hưởng lẫn nhau của yếu tố nồng độ dung dịch tới yếu tố lưu lượng

b Với dầu Emulsion

Bảng 2 Kết quả đo nhám bề mặt khi sử dụng dung dịch BTLN Emulsion

TT Điểm

TN

Giá trị mã hóa Giá trị thực

Ra (µm)

Lưu lượng

TT Điểm

TN

Giá trị mã hóa Giá trị thực

Ra (µm)

Lưu lượng

Phân tích kết quả thí nghiệm

Sử dụng phần mềm minitab tiến hành phân tích kết quả thí nghiệm ta thu được phương trình hồi quy:

Y= 0,218 – 0,006x1+0,038x2 - 0,016x1x2 + 0,016x12 + 0,004x2

Ra = 0,218 – 0,006LL+0,038NĐ - 0,016LL.NĐ + 0,016LL2 + 0,004NĐ2

Hình 4 Đồ thị bề mặt chỉ tiêu khi tối ưu hóa sử dụng dung dịch Emulsion

Từ hình 4, ta nhận thấy khi lưu lượng dung dịch BTLN thấp, nồng độ dung dịch ảnh hưởng mạnh tới trị số nhám bề mặt Càng tăng nồng độ dung dịch thì trị số nhám càng tăng Khi tăng lưu lượng BTLN: giai đoạn đầu làm giảm trị số nhám; tuy nhiên sau đó độ nhám lại tăng lên Khi lưu lượng đạt

tới gần 4l/p giá trị trị số nhám Ra gần như không đổi ứng với mọi giá trị

nồng độ dung dịch Khi lượng dung dịch Emulsion càng nhiều sẽ càng làm tăng trị số nhám bề mặt Điều này có thể được lý giải là do dung dịch Emulsion có độ sánh, quện khá cao gây khó thoát phoi và tác dụng làm sạch

bề mặt gia công khi sử dụng dung dịch cũng sẽ bị giảm

3.1.2 Xác định chế độ bôi trơn – làm nguội hợp lý khi mài lỗ

a Chế độ BTLN hợp lý khi sử dụng dầu Aquatex 3180

Sử dụng chức năng tối ưu hóa của Minitab ta có thể tìm ra giá trị lưu

lượng, nồng độ dung dịch BTLN hợp lý là lưu lượng có giá trị 2,86 l/p và

nồng độ dung dịch BTLN có giá trị 3,91 % với dung dịch dầu Aquatex 3180 trị số nhám bề mặt tối ưu Ramin=0,4102 µm

b Chế độ BTLN hợp lý khi sử dụng dầu Emulsion

Tương tự như với dầu Aquatex 3180, ta có thể xác định được chế độ

BTLN hợp lý khi sử dụng dầu Emulsion, lưu lượng có giá trị 1,38 l/p, nồng

độ dung dịch có giá trị 2,37% sẽ cho kết quả trị số nhám bề mặt nhỏ nhất Ramin=0,3 µm

3.2 Kết luận chương 3

Chương 3 đã tập trung nghiên cứu thực nghiệm nhằm đánh giá ảnh hưởng của các loại, chế độ dung dịch BTLN đến nhám bề mặt khi mài với 2 loại dung dịch là dầu Caltex Aquatex 3180 và Emulsion Kết quả nghiên cứu cho thấy:

- Khi mài và sử dụng dầu Emulsion sẽ cho trị số nhám bề mặt trung bình tốt hơn khi sử dụng dầu Aquatex 3180

- Đã xác định được chế độ BTLN tối ưu khi sử dụng 2 loại dung dịch BTLN là dầu Aquatex 3180 và Emulsion khi mài lỗ thép 90CrSi qua tôi với hàm mục tiêu trị số nhám bề mặt nhỏ nhất Cụ thể các giá trị tối ưu này như sau:

+) Với dung dịch dầu Aquatex 3180: lưu lượng là 2,86 l/p và nồng độ

dung dịch BTLN là 3,91 %

+) Với dung dịch dầu Emulsion: lưu lượng là 1,38 l/p và nồng độ dung

dịch là 2,37%

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ ĐẾN QUÁ TRÌNH MÀI LỖ 4.1 Thiết kế thí nghiệm

Bảng 3 Mức và các thông số đầu vào

hiệu

Mức của yếu tố Mức

4 Chiều sâu sửa

số lần sửa đá siêu tinh và lượng chạy dao dọc sửa đá Sử dụng Minitab để thiết kế Taguchi L18 (1 biến 6 mức và 5 biến 3 mức) Bảng 3 trình bày các biến và mức của thí nghiệm

4.2 Ảnh hưởng của chế độ sửa đá đến nhám bề mặt và năng suất khi mài lỗ

4.2.1 Đánh giá kết quả thực nghiệm và tối ưu hóa đơn mục tiêu

a Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến Ra

Thứ tự ảnh hưởng của các thông số và ANOVA giá trị trung bình của nhám bề mặt ( ) được thể hiện trong bảng 4 Từ kết quả ANOVA cho thấy thứ tự ảnh hưởng của các thông số khảo sát đến nhám bề mặt Ra: Số lần sửa

Ra

đá siêu tinh, chiều sâu sửa thô đá, số lần sửa thô đá, chiều sâu sửa tinh đá,

số lần sửa tinh đá và lượng chạy dao khi sửa đá

Bảng 4 Thứ tự ảnh hưởng của các thông số đến trị số độ nhám trung bình

Mức CK t thô n thô t tinh n tinh S sđ

Hình 5 Ảnh hưởng của các thông số đến Ra

Kết quả cho thấy:

Số lần sửa đá siêu tinh ảnh hưởng mạnh nhất đến nhám bề mặt Nguyên nhân do khi không sửa đá siêu tinh sẽ làm cho bề mặt đá mài nhấp nhô hơn; không gian thoát phoi, chứa phoi lớn làm giảm nhiệt cắt, lực cắt và nhám

Ra Số lần sửa đá siêu tinh càng nhiều càng làm giảm các đỉnh nhấp nhô, giảm không gian thoát phoi do đó làm tăng Ra

Khi chiều sâu sửa đá tăng làm nhấp nhô tế vi bề mặt lớn đồng thời cũng tăng tuổi bền, năng suất mài (chế độ này phù hợp với mài thô) Số lần sửa