Mục đích của đề tài luận án nhằm xây dựng được bài toán tối ưu đa mục tiêu nhằm xác định được chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý để đảm bảo năng suất và chất lượng bề mặt yêu cầu của chi tiết mài, trong khi lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài được trong một chu trình là lớn nhất.
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN ANH TUẤN
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN MÒN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH
Trang 2Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Toàn Thắng
PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1 Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2 Thư viện Quốc gia Việt Nam
Trang 3GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1 Lý do lựa chọn đề tài luận án
Mài là một trong những phương pháp gia công tinh chiếm một vị trí quan trọng trong gia công
cơ khí Một trong những ưu điểm nổi bật của phương pháp gia công này là khả năng gia công được những vật liệu có độ bền cơ học và độ cứng cao với độ chính xác và độ bóng bề mặt cao Trong tổng
số các máy công cụ hiện đang sử dụng của ngành chế tạo máy nói chung thì máy mài chiếm tới 30%, còn riêng trong ngành chế tạo ổ bi thì máy mài chiếm đến 60% Đặc biệt mài định hình rãnh lăn tròn xoay là một trong những nguyên công chính thường được áp dụng khi gia công chế tạo các chi tiết vòng bạc ổ bi Do đó, mài nói chung và mài định hình nói riêng là một trong những nguyên công quan trọng nhất quyết định đến chất lượng sản phẩm
Vì vậy, 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, mà chưa có nhiều những những nghiên cứu chuyên sâu đối với trường hợp mài định hình rãnh tròn xoay Trong khi mài định hình có những đặc điểm khác biệt so với các phương pháp mài thông thường
Khi thực hiện nguyên công mài định hình, do chiều dài tiếp xúc giữa đá mài và phôi lớn nên lực cắt và nhiệt cắt sinh ra từ quá trình này lớn hơn nhiều so với các phương pháp mài thông thường Cùng với đó là lực ma sát rất lớn giữa đá mài với phôi, giữa phoi và đá mài nên đá mài khi mài định hình bị mòn liên tục và không đều trên các tiết diện khác nhau làm cho hình dạng và độ chính xác ban đầu của đá mài rất nhanh bị thay đổi, dẫn đến sai lệch của bề mặt gia công Sau một khoảng thời gian gia công nhất định, khi đá mài bị mòn quá một giới hạn cho phép thì cần thực hiện quá trình sửa
đá Việc sửa đá này nhằm khôi phục khả năng cắt và khôi phục lại hình dạng ban đầu của đá mài Tuy nhiên, vấn đề quan trọng ở đây là cần xác định được thời điểm sửa đá hợp lý Điều này sẽ quyết định đến chất lượng bề mặt của chi tiết mài và tuổi bền của đá mài Vì vậy, để nâng cao hiệu quả kinh
tế kỹ thuật của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay thì cần phải đo được lượng mòn của đá mài, đánh giá được ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết mài, từ đó xác định chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý Đây cũng chính
là lý do mà đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề
mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay” đã được tôi lựa chọn làm đề tài luận án của mình
2 Mục đích, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu:
Mục đích của đề tài luận án: Xây dựng được bài toán tối ưu đa mục tiêu nhằm xác định được chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý để đảm bảo năng suất và chất lượng bề mặt yêu
Trang 4cầu của chi tiết mài, trong khi lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài được trong một chu trình là lớn nhất
Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của luận án là quá trình mài tinh định hình rãnh tròn xoay thực nghiệm trên máy mài 3MK136B để mài rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 Áp dụng hệ thống đo khí nén để đo mòn đá nhằm phục vụ nghiên cứu xác định ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết mài Trên cơ sở đó, thực hiện xác định chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý khi mài tinh định hình rãnh tròn xoay
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở kế thừa kết quả nghiên cứu của các công trình đã công bố ở trong nước và ngoài nước, kết hợp thực nghiệm kiểm chứng trên máy mài định hình công nghiệp để mài rãnh lăn vòng trong ổ bi nhằm tối ưu hóa chế độ công nghệ để đạt được chất lượng bề mặt của chi tiết và năng suất mài trong khi độ mòn đá là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài được trong một chu trình là lớn nhất
Phạm vi nghiên cứu
Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá
và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B với loại đá mài có ký hiệu là 500x8x203WA100xLV60, vật liệu gia công là thép ổ lăn SUJ2 có độ cứng sau khi nhiệt luyện bằng 60 ÷ 65 HRC
3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
- Đề tài đã xây dựng được phương trình toán học đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi Từ đó, xây dựng và giải được bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu cho quá trình mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B để vừa đảm bảo năng suất gia công và chất lượng bề mặt của chi tiết mài trong khi lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất, số chi tiết mài được trong một chu trình mài là lớn nhất
- Đề tài đã xây dựng được hệ thống đo khí nén với phần mềm thu nhận xử lý tín hiệu đo để giám sát trực tuyến lượng mòn đá mài khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay trong điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm trên cơ sở các điều kiện công nghệ gia công cơ khí trong nước Hệ thống xác định được trị số lượng mòn của đá mài tại hai vị trí khác nhau có chênh lệch mòn lớn nhất trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài định hình tròn xoay sau mỗi lần mài xong một chi tiết hoặc sau mỗi lần sửa đá Việc nghiên cứu ứng dụng thành công phương pháp đo này có ý nghĩa khoa học giúp định hướng nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị đo chính xác trong nước
Ý nghĩa thực tiễn
- Đưa ra được bộ thông số chế độ công nghệ tối ưu (lượng chạy dao hướng kính Shk, lượng dư mài t, vận tốc của chi tiết Vct) và thời điểm sửa đá hợp lý (số chi tiết mài trong một chu trình Nct) để
Trang 5góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi
6208 trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B, đang được áp dụng trong sản xuất
- Thiết kế và chế tạo được một hệ thống đo khí nén để đo trực tuyến lượng mòn đá mài khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trong điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm Từ đó có thể
so sánh giá trị lượng mòn này với lượng mòn giới hạn cho phép để đưa ra tín hiệu cảnh báo sửa đá hợp lý hoặc hướng đến bù tự động lượng mòn của đá mài góp phần điều khiển tối ưu hóa quá trình mài rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208
- Kết quả của luận án làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu, đào tạo và định hướng công nghệ cho sản xuất
4 Những đóng góp mới
- Xây dựng được các phương trình toán học thực nghiệm nhằm đánh giá ảnh hưởng của một số yếu
tố công nghệ (lượng chạy dao hướng kính Shk, lượng dư mài t, vận tốc của chi tiết Vct, số chi tiết mài trong một chu trình Nct) đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn khi mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208
- Tối ưu hóa đa mục tiêu cho quá trình mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài định hình đường lăn nhằm đảm bảo năng suất gia công, độ chính xác chi tiết mài trong khi lượng mòn đá là nhỏ nhất, số chi tiết mài được trong một chu trình mài là lớn nhất trên cơ sở ứng dụng giải thuật di truyền
- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo được một hệ thống đo khí nén để đo trực tuyến lượng mòn đá mài khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay trong điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm trên cơ sở các điều kiện công nghệ gia công cơ khí tại Việt Nam Xây dựng được đường đặc tính động của hệ đầu
đo khí nén trong quá trình mài định hình rãnh lăn tròn xoay để kiểm tra và đối chiếu kết quả đo, góp phần đảm bảo độ chính xác của phép đo Hệ thống xác định được lượng mòn của đá mài sau mỗi lần sửa đá hoặc sau mỗi lần mài xong một chi tiết, giảm thiểu được ảnh hưởng tiêu cực của phoi mài và dung dịch trơn nguội xuất hiện trong quá trình mài đến kết quả đo
5 Bố cục của Luận án
Luận án được bố cục 4 chương, bao gồm
Chương 1: Tổng quan về mài định hình
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng
bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
Chương 3: Xây dựng hệ thống thí nghiệm
Chương 4: Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
Trang 6CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÀI ĐỊNH HÌNH
1.1 Đặc điểm chung của quá trình mài định hình
Khi mài bằng phương pháp mài định hình, profin của mặt gia công và bề mặt làm việc của đá
mài trùng khớp nhau Trong quá trình mài do chuyển động chạy dao hướng kính Shk mà đá ăn sâu
vào chi tiết kết hợp với chuyển động quay tròn của đá Nđ và chuyển động quay tròn của phôi Nct thực
hiện quá trình cắt gọt hết lượng dư cần gia công
Cũng giống như các phương pháp mài thông thường khác, phương pháp mài định hình cũng có
một số đặc điểm tương tự Tuy nhiên, ngoài những đặc điểm giống như các quá trình mài thông
thường khác ở trên thì khi mài định hình còn có những đặc tính riêng sau đây:
- Khi mài định hình do chiều dài tiếp xúc giữa đá mài và phôi lớn, nên lực cắt và nhiệt cắt sinh
ra ở đây lớn hơn nhiều so với các phương pháp mài thông thường khác Cùng với đó là lực ma sát rất
lớn giữa đá mài với phôi, giữa phoi và đá mài nên đá mài khi mài định hình đá bị mòn liên tục và
không đều trên các tiết diện khác nhau làm cho hình dạng và độ chính xác ban đầu của đá mài rất
nhanh bị thay đổi, dẫn đến sai lệch của bề mặt gia công Do đó, sự mài mòn của đá mài ở đây sẽ ảnh
hưởng trực tiếp đến độ chính xác về kích thước, độ chính xác biên dạng của bề mặt chi tiết mài và độ
nhám bề mặt của chi tiết gia công Vì vậy, trong quá trình mài định hình đá mài cần phải được sửa đá
thường xuyên Độ chính xác đạt được của bề mặt gia công ở đây có liên quan mật thiết với việc sửa
đá trong quá trình mài
- Khi mài định hình do nhiệt cắt và lực cắt trong vùng mài rất lớn nên thường phải sử dụng các
máy có độ cứng vững cao, công suất lớn Đồng thời, dung dịch trơn nguội được cấp vào vùng mài
cần có lưu lượng đủ lớn với áp suất cao để giảm nhiệt độ tại vùng cắt, tránh cho chi tiết không bị biến
dạng nhiệt
1.2 Các phương pháp mài định hình
- Dựa vào các chuyển động chính trong quá trình mài thì mài định hình thường được chia thành
4 phương pháp cơ bản sau: Mài định hình tròn xoay ngoài, mài định hình tròn xoay lỗ, mài định hình
quay tròn và mài định hình trên máy mài phẳng như thể hiện trên hình 1.6 [13]
Trang 71.3 Các đại lượng đặc trưng của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay
Trên hình 1.6 ở mục 1.2 thể hiện các chuyển động chính cũng như các đại lượng đặc trưng của một số phương pháp mài định hình quan trọng Đây chính là các đại lượng thường dùng để so sánh các sơ đồ mài định hình khác nhau, giải thích các kết quả của quá trình mài và đưa ra những đại lượng điều chỉnh thích hợp Qua đó nhận thấy với phương pháp mài định hình, các đại lượng đặc trưng này bao gồm:
Tốc độ cắt chính là tốc độ quay của đá mài (Vđá hay Vc)
Tốc độ của chi tiết (Vct hay Vw)
Lượng chạy dao hướng kính (Shk hay fr)
Lượng dư mài hay chiều dày tác động (ae hay t)
Chiều rộng ăn dao (ap)
1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Mài là một trong những phương pháp gia công tinh quan trọng nhất 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 khi mài, nhiệt cắt khi mài và dung dịch tưới nguội…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 ra 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 các yếu tố được điều khiển linh hoạt Mặt khác, các yếu tố công nghệ có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng bề mặt của chi tiết gia công Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ chính 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 của chi tiết mài
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, mày mài mài tròn ngoài, máy mài lỗ, máy mài vô tâm … 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 mài mòn của đá mài và sự ảnh hưởng của mòn đá cũng như các thông số chế độ công nghệ đến tuổi bền của đá mài và chất lượng của chi tiết gia công khi mài định hình Đây là những vấn đề chưa được lý giải một cách khúc chiết, cần được 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 [30] Vì vậy, một trong những 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 [47] Để đạt được điều này, một trong những yêu cầu đặt ra là cần phải đo được lượng mòn của đá mài [29, 47]
Xuất phát từ những phân tích ở trên, trong luận án này một hệ thống đo khí nén dưới áp lực cao
sẽ được nghiên cứu thiết kế và chế tạo để đo lượng mòn của đá mài khi mài định hình rãnh tròn xoay trên cơ sở điều kiện kỹ thuật công nghệ hiện có ở Việt Nam Mục tiêu của luận án là xây dựng một hệ thống đo tự động trực tuyến lượng mòn của đá mài với độ phân giải 1 µm trong điều kiện mài ướt khi mài định hình rãnh tròn xoay Trên cơ sở này, luận án sẽ thực hiện đánh giá ảnh hưởng của một số
Trang 8yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết mài Từ đó, hướng đến xác
định chế độ công nghệ và thời điểm sửa đá hợp lý để tuổi bền của đá mài là lớn nhất mà vẫn đảm bảo
năng suất và chất lượng bề mặt yêu cầu của nguyên công mài định hình rãnh tròn xoay
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
1 Khi mài định hình rãnh tròn xoay thì đá mài bị mòn liên tục và không đều tại các điểm khác
nhau trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài Sau một khoảng thời gian mài nhất định thì cần
phải tiến hành sửa đá vào thời điểm hợp lý để đảm bảo năng suất và độ chính xác gia công trong khi
tuổi bền của đá mài là lớn nhất Muốn vậy, một trong những yêu cầu đặt ra là cần phải đo được lượng
mòn của đá mài
2 Ứng dụng hệ thống đo khí nén dưới áp lực cao để giám sát trực tuyến lượng mòn của đá mài
khi mài định hình rãnh tròn xoay là một giải pháp đo hiệu quả phù hợp với điều kiện công nghệ hiện
có của Việt Nam Đây là cơ sở quan trọng để tiến hành thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của một số
yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết, nhằm hướng đến xác định chế độ
công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý khi mài định hình rãnh tròn xoay
3 Nghiên cứu các đặc điểm của quá trình mài định hình, phân tích đánh giá những công trình
nghiên cứu đã được công bố của các tác giả trong và ngoài nước liên quan đến mài định hình rãnh
tròn xoay Từ đó xác định được việc điều khiển một số yếu tố công nghệ quan trọng là giải pháp cơ
bản, hiệu quả để kiểm soát chất lượng, đảm bảo năng suất gia công và nâng cao tuổi bền của đá mài
khi mài định hình rãnh tròn xoay
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
CÔNG NGHỆ ĐẾN MÒN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI
TIẾT KHI MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH TRÒN XOAY 2.1 Tổng quan về mối quan hệ giữa các đại lượng trong quá trình mài
định hình rãnh tròn xoay
Hình 2.1 Mô hình tổng quát của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay [20]
Trang 9Mài nói chung và mài định hình nói riêng là một quá trình rất phức tạp, kết quả của quá trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố Sơ đồ hình 2.1 phân tích sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các đại lượng đầu vào và thông số đầu ra khi mài định hình rãnh tròn xoay
Từ mô hình trên nhận thấy, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình mài định hình bao gồm đá mài, phôi mài, các thông số chế độ công nghệ cũng như ảnh hưởng của máy mài và môi trường xung quanh … Các yếu tố đầu vào này chính là nguyên nhân gây nên những hiện tượng xảy ra trong quá trình mài như lực cắt, rung động, biến dạng nhiệt, … Tất cả đều có những ảnh hưởng nhất định đến kết quả đầu ra của quá trình mài định hình Với trường hợp mài định hình rãnh tròn xoay là phương pháp gia công tinh nên ngoài năng suất gia công thì mục tiêu được quan tâm nhiều nhất là mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết mài Đây là các yếu tố quan trọng đặc trưng cho chất lượng của sản phẩm
và tuổi bền của đá mài, quyết định đến hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay Vì vậy, trong đề tài luận án sẽ thực hiện nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ chính đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
2.2 Chất lượng bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
2.2.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
Để đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết rãnh tròn xoay sau khi mài định hình cần sử dụng nhiều chỉ tiêu Tuy nhiên, trong phạm vi đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu đánh giá hai chỉ tiêu quan trọng nhất quyết định đến khả năng làm việc của chi tiết rãnh tròn xoay là độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết mài Vì vậy, để đảm bảo chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay ở đây cần phân tích đánh giá được ảnh hưởng của một số yếu công nghệ chính đến độ nhám bề mặt và
độ ô van của chi tiết mài
2.2.2 Phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
Trong quá trình mài định hình rãnh tròn xoay, độ nhám bề mặt của chi tiết bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố công nghệ chính sau đây:
- Ảnh hưởng của lượng chạy dao hướng kính
- Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết
- Ảnh hưởng của lượng dư mài
- Ảnh hưởng của số chi tiết mài (yếu tố đặc trưng cho thời gian mài)
2.2.3 Phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ ô van của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
2.2.3.1 Phân tích ảnh hưởng của việc gá đặt và sai lệch hình dạng của phôi đến độ ô van của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
Xét với trường hợp các bề mặt gia công là bề mặt dạng rãnh tròn xoay như rãnh lăn vòng bạc
ổ bi Với dạng bề mặt gia công này, một trong các phương pháp gia công tinh phổ biến hiện nay là phương pháp mài định hình vô tâm Khi mài định hình vô tâm, phôi gia công thường được gá trên hai giá đỡ cố định như trường hợp mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi (hình 2.6) Khi đó, nhận thấy sai lệch độ tròn nói chung và độ ô van nói riêng của chi tiết khi mài định hình vô tâm trên hai giá đỡ cố định phụ thuộc vào quỹ đạo chuyển động của tâm phôi gia công và độ ổn định trong chuyển động quay của phôi Trong đó, quỹ đạo chuyển động của tâm phôi gia công phụ thuộc vào góc gá đặt
Trang 10hai giá đỡ và sai lệch hình dạng ban đầu của phôi Với góc gá đặt tối ưu của hai giá đỡ là β = 1200 và
= 500 thì quá trình mài sẽ sửa được nhiều nhất sai lệch hình dạng ban đầu của phôi [55]
Hình 2.6 Sơ đồ gá đặt khi mài vô tâm với bước tiến ngang [56]
2.2.3.2 Phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ khác đến độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn
Trong quá trình mài định hình vô tâm rãnh tròn xoay, bên cạnh ảnh hưởng của quá trình gá đặt và sai lệch hình dạng của phôi, sai lệch độ tròn của chi tiết cũng chịu ảnh hưởng độ cứng vững của hệ thống công nghệ, lực cắt và chế độ cắt Nhận thấy, khi tăng lượng chay dao hướng kính hay giảm vận tốc của chi tiết thì giá trị chiều sâu cắt cho một vòng quay sẽ tăng Đồng thời, đường xoắn – được tạo nên đo phối hợp của chuyển động chạy dao hướng kính với chuyển động quay của chi tiết – cũng sẽ tăng Vì vậy, khi tăng lượng chạy dao hướng kính và giảm vận tốc của chi tiết mài thì sự phân bố không đồng đều về lượng dư theo chu vi bề mặt chi tiết mài sẽ tăng, dẫn đến sai lệch độ tròn của bề mặt chi tiết mài
sẽ tăng theo [13]
Ngoài ra, sai lệch độ tròn nói chung và độ ô van nói riêng của chi tiết khi mài định hình vô tâm trên 2 giá đỡ cố định cũng phụ thuộc vào lượng dư mài và độ lêch tâm e giữa tâm quay của phôi và tâm cực từ nhận thấy khi lượng dư mài (t) tăng thì độ ô van và độ méo 3 cạnh của chi tiết mài sẽ tăng Đặc biệt, khi điều chỉnh độ lệch tâm e với Δy = Δz = 0,4 mm thì độ ô van và độ méo 3 cạnh của chi tiết mài sẽ nhỏ hơn so với khi điều chỉnh độ lệch tâm e với Δy = Δz = 0,3 mm [55]
Đặc biệt, đối với trường hợp mài định hình vô tâm trên hai giá đỡ cố định thì sai lệch độ tròn của chi tiết mài sẽ không phụ thuộc vào số lượng chi tiết mài hay thời gian mài [55]
Nhận xét: Với trường hợp mài định hình vô tâm trên hai giá đỡ cố định thì độ ô van của chi
tiết phụ thuộc vào góc gá đặt hai giá đỡ, sai lệch hình dạng của phôi, khoảng lệch tâm e giữa tâm phôi với tâm cực từ, lượng dư mài, vận tốc của chi tiết và lượng chạy dao hướng kính Trong các công trình nghiên cứu trước đây đã nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng lệch tâm e, góc gá đặt hai giá đỡ, sai lệch hình dạng của phôi đến độ chính xác sai lệch hình dạng của chi tiết nói chung và độ ô van của chi tiết nói riêng Trong các tài liệu [55, 56] đã nghiên cứu và chỉ ra được trị số khoảng lệch tâm
e, góc gá đặt hai giá đỡ (β, ) tối ưu, nhưng chưa có nhiều những nghiên cứu chuyên sâu được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của chế độ mài đến độ ô van của chi tiết đặc biệt ở Việt Nam Vì vậy, trong phạm vi nghiên cứu của đề tài luận án sẽ chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ chính đến độ ô van của chi tiết khi mài định hình vô tâm rãnh lăn vòng bạc trong của ô bi, bao gồm:
- Lượng chạy dao hướng kính (Shk)
- Vận tốc chi tiết (Vct)
Trang 11- Lượng dư mài (t)
2.3 Mòn đá và tuổi bền của đá mài khi mài định hình rãnh tròn xoay
Về bản chất, mòn đá là quá trình thay đổi hình dạng, kích thước và khả năng cắt ban đầu của
đá mài Hiện tượng mòn đá khi mài định hình sẽ làm tăng sai lệch hình dạng ban đầu và giảm khả năng cắt gọt của đá, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công của chi tiết mài Do đó, việc xác định được lượng mòn của đá và quy luật mòn của đá khi mài định hình là rất quan trọng Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả trước đây đã chỉ rõ, quan hệ giữa lượng mòn cơ học của đá mài (sự giảm đường kính hay thể tích của đá) và thời gian làm việc có dạng đường cong mòn truyền thống [6, 20, 22] Do đó, lượng mòn của đá mài sẽ tăng dần theo thời gian mài Vì vậy, sau một khoảng thời gian mài nhất định, khi độ mòn của đá mài định hình vượt quá một giới hạn cho phép thì cần phải tiến hành sửa đá (cưỡng bức) để để phục hồi lại khả năng cắt gọt và độ chính xác hình học ban đầu của đá mài Tuy nhiên vấn đề quan trọng là cần xác định được đúng thời điểm sửa
đá hợp lý để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài định hình Vì vậy, một yêu cầu đặt
ra trong quá trình mài định hình là cần xác định được đúng thời điểm sửa đá Muốn vậy cần phải đo được lượng mòn của đá mài khi mài định hình
Quá trình mòn của đá mài là một quá trình cơ, lý, hóa rất phức tạp Chúng phụ thuộc vào tất
cả các điều kiện khi gia công như: Các thông số kỹ thuật của đá mài, tính chất cơ lý của vật liệu gia công, chế độ công nghệ khi mài Mòn đá không những chịu tác động của các thông số đầu vào
mà còn chịu tác động của các yếu tố xảy ra ngay trong quá trình mài như lực cắt, nhiệt cắt, rung động và dung dịch bôi trơn làm mát [3] Tuy nhiên, trong phạm vi nghiên cứu của đề tài luận án, với trường hợp mài định hình rãnh tròn xoay sẽ chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu
tố công nghệ chính đến mòn đá như sau:
- Ảnh hưởng của số chi tiết mài (yếu tố đặc trưng cho thời gian mài)
- Ảnh hưởng của lượng chạy dao hướng kính
- Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết
- Ảnh hưởng của lượng dư mài
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
1 Để đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết rãnh tròn xoay sau khi mài định hình cần sử dụng nhiều chỉ tiêu khác nhau Tuy nhiên, hai chỉ tiêu quan trọng nhất quyết định đến tuổi thọ và khả năng làm việc của chi tiết rãnh tròn xoay là độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết mài Vì vậy, để đảm bảo chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay cần phân tích đánh giá được ảnh hưởng của một số yếu công nghệ chính đến độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết mài
2 Với trường hợp mài định hình vô tâm trên các giá đỡ cố định thì sai lệch độ tròn nói chung
và độ ô van nói riêng của chi tiết phụ thuộc vào các góc gá đặt hai giá đỡ (α, β, ), sai lệch hình dạng ban đầu của phôi, lượng chạy dao hướng kính, vận tốc của chi tiết và lượng dư mài Tuy nhiên, yếu
tố thời gian mài không ảnh hưởng đến độ ô van của chi tiết khi mài định hình vô tâm trên các giá đỡ
cố định
3 Với trường hợp mài định hình rãnh tròn xoay thì các yếu tố công nghệ chính ảnh hưởng đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết mài bao gồm: Lượng chạy dao hướng kính, vận tốc của chi tiết, lượng dư mài và thời gian mài (trong trường hợp cụ thể trên các máy mài định hình rãnh
Trang 12tròn xoay chuyên dụng như máy 3MK136B thì yếu tố này là số chi tiết mài trong một chu trình tuổi
bền của đá mài) Cơ sở lý thuyết ở trên sẽ định hướng cho các vấn đề nghiên cứu thực nghiệm, là
thông tin tiên nghiệm để thiết kế thực nghiệm và xây dựng bài toán tối ưu
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM
3.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm
- Thiết bị đo độ nhám: Độ nhám bề mặt chi tiết được đo bằng máy đo độ nhám SJ400
Các đại lượng nhiễu:
- Rung động
- Nhiệt độ môi trường …
QUÁ TRÌNH MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH LĂN VÒNG TRONG Ổ BI 6208
Các đại lượng đầu
vào:
- Lượng chạy hướng
kính khi mài tinh: Shk
- Độ nhám bề mặt rãnh lăn: Ra
- Độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn: Oct
Trang 13- Thiết bị đo độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn: Trong thí nghiệm sử dụng thiết bị kiểm tra
vị trí và đường kính rãnh lăn vòng trong ổ bi cầu kiểu D022 của Trung Quốc
Nhận xét: Để thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của 4 thông số chế độ công nghệ (Shk, Vct, t, Nct) đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 cần 3 loại thiết bị đo khác nhau Với thiết bị đo độ nhám bề mặt và thiết bị đo độ ô van của chi tiết thì luôn có sẵn trên thị trường Tuy nhiên, với thiết bị đo mòn đá thì cho đến nay chưa có bất kỳ một sản phẩm nào được thương mại hóa trên thị trường Vì vậy, để thực hiện mục tiêu đặt ra của đề tài thì cần phải thực hiện tính toán, thiết kế và chế tạo một thiết bị đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208
3.4 Thiết kế, chế tạo hệ thống đo khí nén để đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi
3.4.1 Nguyên lý của phương pháp đo mòn đá bằng hệ đo khí nén
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp đo mòn đá bằng hệ đầu đo khí nén
Hình 3.8 thể hiện nguyên lý của phương pháp đo này Khí nén từ máy nén khí qua van điều áp chính xác tạo ra áp suất nguồn P không đổi để đến đầu đo và được thổi liên tục theo phương vuông góc vào bề mặt cần đo (bề mặt đá mài) Trên đường khí đi qua đặt hai cản trở có đường kính lỗ lần lượt bằng
d1, d2 Khi đó, nhận thấy nếu P, d1 và d2 là cố định thì áp suất p trong buồng đo sẽ là một hàm số của khe
hở z giữa đầu đo d2 và bề mặt chi tiết cần đo Vì vậy, nếu xác định được hàm mối quan hệ giữa áp suất
p trong buồng đo với khe hở z thì thông qua việc đo sự thay đổi của áp suất trong buồng đo p nhờ cảm biến áp suất sẽ xác định được sự thay đổi của khe hở z (tức đo được lượng mòn hướng kính của đá mài) Muốn vậy, cần xây dựng được phương trình đường đặc tính của hệ thống đo khí nén Để xây dựng phương trình đường đặc tính của hệ thống đo khí nén, ở đây áp dụng phương pháp điện khí tương đương [15, 24] Khi đó nhận thấy với trường hợp z < d2/4, nếu giữ nguyên P, d1, d2 không đổi trong suốt quá trình đo thì ta có:
1
P p