Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng bề mặt gia công trên máy tiện LD 134 OE

Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu tạo lập cơ sở khoa học xác định ảnh hưởng của các yế

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Tình hình nghiên cư ́ u gia công cắt gọt bằng phương pháp tiện và máy tiện trên thế giới

Tiện là phương pháp gia công cắt gọt được thực hiện nhờ chuyển động chính thông thường do phôi quay tròn tạo thành chuyển động cắt Vc kết hợp với chuyển động tiến dao là tổng hợp của hai chuyển động tiến dao dọc Sd và tiến dao ngang Sng do dao thực hiện Theo nguyên liệu và sản phẩm được gia công có thể phân ra gia công cơ khí và gia công vật liệu phi kim

Gia công tiện cơ khí là quá trình gia công kim loại bằng cơ học - một trong những quá trình chế tạo sản phẩm thông dụng nhất của ngành chế ta ̣o máy Cùng với sự phát triển của gia công kim loại bằng cơ học, lý thuyết cắt gọt kim loại đã ra đời và phát triển không ngừng

Nhiều công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại phải kể đến các nhà bác học Xô Viết (Liên Xô cũ) như giáo sư viện sĩ V.A Arsinop, giáo sư G.C Andrev, V.F Bobrov, C.H

Philonenko, Iacốp Bachisep, Paven Dakhaba, Lép Sôbakin, các nhà bác ho ̣c

Mỹ như Boston O.W., Ernst H., Merchant M.E.,…

Lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i đi sâu nghiên cứu về quá trình tạo phoi, các lực phát sinh trong quá trình gia công bằng cơ giới, công suất của thiết bị, chất lượng sản phẩm khi gia công… những đại lượng này rất cần thiết, chúng làm cơ sở cho việc lựa chọn hình dáng, tính toán kích thước của các công cụ cắt, tính toán thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công

Nhiều công trình đi sâu nghiên cứu cắt gọt chuyên dùng như: phay, tiện của G.C Andrev, A.V Rudnev, V.F Bobrov; cơ sở lý thuyết mài nhẵn của E

H Maclov…đã đưa ra những phân tích cụ thể về động học các quá trình cắt gọt Đó là những công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những

4 kinh nghiệm thực tế trong gia công kim loại mà trên thế giới lúc đó ít có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời

Nghiên cứu quá trình cắt vật theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được các nhà khoa học trên thế giới tiến hành như: M.P Semko, E.M.Trent; Granôpxki (Nga);V Gazda (Tiệp Khắc (cũ); P Korecky (Pháp); J Shinozuka (Nhật); Bhattacharya A (Ấn Độ) với những kết luận quan trọng về các sơ đồ cắt động học, sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt

Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i ngày càng được hoàn chỉnh với những công trình nghiên cứu mới về các lực phát sinh trong quá trình gia công kim loại bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và chính xác hơn về những cơ sở vật lý của quá trình cắt, hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt Lực cắt đơn vị và các qui luật của lực cắt được xác định thông qua công thức lý thuyết [5, 15, 31, 42, 47]

Chế độ cắt được đặc trưng bởi ba thông số: vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt Chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công, tiêu hao năng lượng và năng suất các máy Nhiều công trình của các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lực cắt, sự hao mòn của công cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ “ Máy - Dao cắt

- Đồ gá - Chi tiết gia công” cũng như các hiện tượng lý - hóa xảy ra trong vùng cắt Điển hình là công trình của nhà bác học Nga Granôpxki về phân nhóm các sơ đồ cắt động học, công trình của Zorev N.N về các lực cắt trên các bộ phận của dao cắt, các công trình của các nhà khoa học Đức Kronenberg, Friedrich, Hippler… về các qui luật cơ bản của lực cắt, các công trình lý thuyết và thực nghiệm của các nhà khoa học Sokolovski, Kasirin, Tlusty, Tolias, Bhattacharya … đã đi sâu và chính xác hóa nhận thức về nguyên lý và qui luật tự rung khi gia công, hay các công trình của các nhà

5 khoa học Ostermann, Laladze, Malkin, Smith về phương pháp giải tích của trường nhiệt độ trong dụng cụ cắt, phoi và chi tiết gia công

Trong lĩnh vực gia công vật liệu phi kim loại mà điển hình là vật liệu gỗ với đặc tính phức tạp (không đồng nhất và bất đẳng hướng) đã có nhiều công trình nổi tiếng về khoa học cắt gọt gỗ, vật liệu từ gỗ Năm 1870, tỷ suất lực cắt lần đầu tiên được giáo sư tiến sĩ I A Time xác định cho các trường hợp cắt đơn giản bằng phương pháp thực nghiệm [17, 22, 37]

Năm 1933, giáo sư tiến sĩ M A Đesevôi đã tổng hợp và xây dựng hoàn chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ Năm 1939, ông cho ra đời cuốn sách “Kỹ thuật gia công gỗ”, đó là một công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế trong gia công gỗ mà trên thế giới lúc đó chưa có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời [17]

Tỷ suất lực cắt và theo đó tính toán lực cắt, công suất cắt, công suất đẩy khi tiện gỗ gỗ đã được giáo sư tiến sĩ A L Bersatski xác định bằng công thức thực nghiệm [17, 41]

Nghiên cứu quá trình cắt gỗ theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được các nhà khoa học Mỹ tiến hành như C Fraz [37], với những kết luận quan trọng về sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt, chất lượng gia công GS B.M.Buglai đã nghiên cứu độ nhẵn phần lớn các dạng gia công gỗ Theo khả năng của máy, dao cắt và theo yêu cầu của các khâu công nghệ Ông đã phân thành 10 cấp độ nhẵn bề mặt gia công, độ nhẵn cao nhất có thể đạt là 16 m và thấp nhất là 1600 m [17,25]

Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy công cụ, máy cắt kim loại nói chung, các máy gia công tiê ̣n nói riêng đã được các nhà khoa ho ̣c nghiên cứu từ khá sớm Năm 1712 ông Nartôp, một thợ cơ khí người Nga [6,28] đã chế tạo được máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình Việc chép hình theo mẫu được thực hiện tự động Chuyển động dọc của bàn dao do

6 bánh răng - thanh răng thực hiện Cho đến năm 1798 (86 năm sau) ông Henry Nandsley người Anh mới nghiên cứu thay thế chuyển động này bằng chuyển động của vit me - đai ốc Năm 1873 Spender đã chế tạo được máy tiện tự động có ổ tiếp phôi và trục phân phối mang các cam Năm 1880 nhiều hãng trên thế giới như Pittler Ludnig Low (Đức), RSK (Anh) đã chế tạo được máy tiện rơvônve dùng phôi thép thanh

Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở trong nước

Trong nền kinh tế quốc dân, ngành Cơ khí đóng một vai trò rất quan trọng Ngay từ khi mới ra đời, ngành công nghiệp cơ khí ở nước ta đã được Đảng và Nhà nước xác định là ngành có vai trò then chốt và luôn được ưu tiên phát triển, đã có nhiều nhà máy cơ khí lớn được xây dựng, có nhiều trung tâm đào tạo, nghiên cứu ra đời Theo số liệu thống kê hiện nay, số lươ ̣ng cơ sở cơ khí chiếm khoảng 12% lao đô ̣ng công nghiệp của cả nước, góp phần đáng kể trong công cuộc Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Lĩnh vực cơ khí chế tạo nói chung và ngành Tiê ̣n nói riêng có những bước phát triên đáng kể về số lươ ̣ng và chất lươ ̣ng như đã được giới thiê ̣u trong tài liệu “Giáo trình Tiê ̣n” của các nhà khoa học Nguyễn Thi ̣ Quỳnh, Phạm Minh Đạo, Trần Sỹ Tuấn, năm 2009 Máy tiện chiếm khoảng 25% đến 35% tổng số thiết bị trong phân xưởng gia công cắt gọt

Máy tiện được chế tạo ở trong trong nước nhờ sự giúp đỡ của Liên Xô (cũ) từ những thập niên 60 của thế kỷ 20 Trải qua thời kỳ dài phát triển chúng ta đã có khá nhiều loại máy tiện được chế tạo trong nước và nhập khẩu

10 từ các nước tiên tiến.Trong lĩnh vực nghiên cứu cơ bản và ứng dụng về gia công vật liệu kỹ thuật chúng ta đã có những thành tựu đáng kể như:

Những nghiên cứu về sự tác động tương hỗ giữa công cụ (máy gia công) và đối tượng gia công là kim loại của các tác giả: Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý với công trình “Nguyên lý gia công vật liệu”, [15] Các tác giả đã đưa ra những cơ sở lý luận khoa học về gia công kim loại bằng cắt go ̣t, gia công các vật liệu khác và các phương pháp gia công mới

Về các thiết bị gia công kim loại nói chung, các máy cắt, tiện kim loại nói riêng đã được các nhà khoa học Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Đức Lộc, Phạm Đắp giới thiệu trong tài liệu “ Máy cắt kim loại” [20]

Những nghiên cứu chỉ ra phương pháp tính toán và tra cứu chế độ cắt hợp lý hỗ trợ cho viê ̣c học tâ ̣p, sử dụng và điều khiển thiết bi ̣ cắt kim loại đã được các tác giả Nguyễn Ngọc Đào, Trần Thế San, Hồ Viết Bình giới thiê ̣u trong tài liê ̣u “Chế độ cắt gia công cơ khi” Động học và động lực học quá trình tiện vật liệu gỗ đã được tác giả Hoàng Nguyên giới thiệu trong giáo trình “Nguyên lý cắt gọt gỗ” năm 1980 [17]

Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ và phân loại các máy tiện gỗ đã được tác giả Hoàng Việt đề cập nhiều trong giáo trình “ Máy và thiết bị chế biến gỗ” năm 2003 [22]

Trong tài liệu “Tối ưu hóa các quá trình gia công cắt gọt” PGS.TS Nguyễn Trọng Bình [1] đã đưa ra nhiều công trình nghiên cứu của GS Friedhelm Lierath Viện trưởng Viện công nghệ và đảm bảo chất lượng, trường Đại học tổng hợp kỹ thuật Magdeburg Cộng hòa liên bang Đức - giáo sư danh dự của nhiều trường đại học trên thế giới, về các phương pháp tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt Trong đó khẳng định vai trò của nghiên cứu mô tả toán học sự ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt đến chất lượng gia công, giá thành sản phẩm có vai trò quyết định để tạo lập các mô hình toán học của bài toán tối ưu hóa

Vấn đề miêu tả toán học các quá trình gia công gỗ bằng cơ giới cũng đã được T.S Hoàng Việt đề cập trong các chuyên đề nghiên cứu, các bài giảng dành cho học viên cao học [23, 24, 25]

Nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi sửa đá tới Topografie của đá mài tác giả Trần Minh Đức trong tài liệu [1] đã đưa ra kết luận quan trọng: thông số công nghệ của quá trình sửa đá bao gồm chiều sâu sửa đá và tốc độ tiến dao dọc là một trong những yếu tố có ảnh hưởng quyết định tới khả năng cắt và tuổi bề của đá

Liên quan tới mô tả toán học ảnh hưởng của các thông số chế độ gia công khi cắt vật liệu thép xây dựng đã được đề cập trong các tài liệu

[15,27,28] Kết quả nghiên cứu cho thấy dạng lưỡi cắt, vận tốc cắt, vận tốc đẩy ảnh hưởng lớn đến hai chỉ tiêu chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt vật liệu thép xây dựng

Lĩnh vực cơ khí chế tạo nói chung và ngành Tiê ̣n nói riêng có những bước phát triên đáng kể Tuy nhiên, từ khi bước sang cơ chế thị trường, ngành cơ khí Việt Nam đã bộc lộ rất nhiều yếu kém, trong đó vấn đề nổi cộm nhất là khả năng cạnh tranh của ngành rất hạn chế ngay cả ở thị trường trong nước Thị trường tiêu thụ sản phẩm bị thu hẹp, không đủ sức cạnh tranh với hàng hóa ngoại nhập, hoạt động sản xuất kinh doanh gặp rất nhiều khó khăn nhiều doanh nghiệp đứng trước nguy cơ bị phá sản Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị

Thiết bị công nghệ và các quá trình gia công cơ vật liệu kỹ thuật trong đó có các loa ̣i máy tiê ̣n đã được nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh Đó là những cơ sở và luận chứng khoa học nền tảng cho các nghiên cứu phát triển và ứng dụng Tuy nhiên, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật nói chung, kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp nói riêng,

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu

+ Bổ sung dữ liệu khả năng công nghệ của máy tiê ̣n LD 134.OE, là cơ sở để sử dụng loại này trong các quá trình sản xuất gia công chi tiết trong các xưởng gia công cơ khí.

+ Xác định được định lượng ảnh hưởng một số yếu tố chế độ cắt đến độ nhám bề mặt và độ chính xác gia công khi sản xuất các chi tiết trục là cơ sở cho thiết lập mô hình toán học bài toán tối ưu hóa quá trình cắt gọt đồng thời là cơ sở để tính toán thiết kế, cải tiến hoàn thiện các máy tiện

+ Khẳng định các thông số chế độ cắt hợp lý trên máy tiê ̣n LD 134.OE phục vụ tra cứu áp dụng khi lựa chọn và sử dụng máy

+ Định hướng cho các cơ sở sản xuất tổ chức và chỉ đạo kỹ thuật khâu gia công đảm bảo nâng cao chất lượng sản phẩm, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất

MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Mu ̣c tiêu nghiên cứu

Xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của chế độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng gia công trên máy tiê ̣n mã hiệu LD 134.OE Từ cơ sở đó xác lập chế độ cắt tối ưu góp phần xây dựng ngân hàng dữ liệu đảm bảo sử dụng kỹ thuật hiêụ quả nhất cho các máy tiê ̣n

- Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt (vận tốc cắt, lượng chạy dao) đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi gia công tạo chi tiết máy dạng trục trơn trên máy tiện LD 134.OE

- Xác định chế độ cắt hợp lý khi tiện tạo chi tiết máy trên máy đảm bảo yêu cầu chất lượng bề mặt cao và tối giảm chi phí năng lượng riêng.

Đối tươ ̣ng, pha ̣m vi nghiên cứu

Trong đề tài luận văn giới hạn ở các đối tượng và phạm vi nghiên cứu cụ thể sau:

Thiết bị gia công: Thiết bị nghiên cứu được sử dụng là máy tiện LD

134OE Đây là loại máy sản xuất tại Đài Loan và hiện đang được sử dụng phổ biến trong các xưởng gia công cơ khí của các Công ty, Trường đào tạo nghề ở Việt Nam

Vật liệu, chi tiết gia công và dao cắt: Đề tài không nghiên cứu tất cả các loại vật liệu kim loại, cũng không nghiên cứu ở nhiều loại dao cắt của các hãng khác nhau mà chỉ tập trung nghiên cứu loại vật liệu phổ biến trong ngành cơ khí là thép C45, sản phẩm là chi tiết tru ̣c trụ trơn

Các chỉ tiêu và tham số nghiên cứu: Các chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng gia công là độ nhám bề mặt chi tiết và chi phí năng lượng riêng Các tham số của chế độ cắt được lựa chọn để nghiên cứu sự ảnh hưởng của chúng tơí các chỉ tiêu lựa chọn là vận tốc cắt V, lượng chạy dao S

Nội dung/ nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu của đề tài chúng tôi tập trung giải quyết những nội dung sau:

- Nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp những cơ sở khoa học quá trình gia công cắt gọt vật liệu, quá trình tiện và thiết bị công nghệ tiện Xác lập cơ sở lý thuyết những yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công và chi phí năng lượng riêng trên máy tiện

- Nghiên cứu thực nghiệm: Xác lập mục tiêu, nội dung và tổ chức thí nghiệm, thu nhận kết quả thí nghiệm, xây dựng mô hình toán học của các hàm mục tiêu trong mối tương quan với các tham số điều khiển Xác định chế độ làm việc hợp lý khi gia công tạo chi tiết trên máy tiện LD 134.OE.

Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Các phương pháp nghiên cứu chung

Các phương pháp chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung nghiên cứu của đề tài là phương pháp nghiên cứu lý thuyết, phương pháp kế thừa và phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết được sử dụng trong nghiên cứu các công trình khoa học, tổng hợp cơ sở lý luận để giải quyết các nội dung: tổng quan về vấn đề nghiên cứu; tạo lập cơ sở lý luận của đề tài

- Phương pháp kế thừa: được sử dụng trong phân tích lựa chọn, sử dụng các kết quả đã được nghiên cứu trên thế giới và trong nước có liên quan phục vụ giải quyết nội dung thực nghiệm, nhận xét đánh giá kết quả

- Phương pháp thực nghiệm được sử dụng là qui hoạch thực nghiệm đơn và đa yếu tố để giải quyết các nội dung nghiên cứu thực nghiệm

Quá trình gia công cơ khí nói chung, gia công cắt gọt kim loại nói riêng chịu ảnh hưỏng của nhiều yếu tố khác nhau như: Các yếu tố đặc trưng cho đối tượng gia công (loại kim loại, các tính chất cơ - lý - hóa học của kim loại); Các yếu tố đặc trưng cho công cụ gia công như: các tính chất cơ lý của vật liệu chế tạo công cụ; các thông số hình học, độ sắc của dao cắt, chất lượng bề mặt các cạnh biên lưỡi cắt, bề dày công cụ, số cạnh cắt tham gia làm việc, độ chính xác của công cụ; Các yếu tố đặc trưng cho máy móc thiết bị như: độ cứng của hệ "Máy - Công cụ cắt - Thiết bị gá kẹp phôi", động học và động lực học của hệ ; Các yếu tố đặc trưng quá trình gia công cơ giới: bề dày phoi cắt, chiều rộng phoi, quỹ đạo mặt phẳng cắt, các góc cắt, vận tốc đẩy và vận tốc cắt; lực cắt, sự đốt nóng công cụ và vật liệu gia công, đặc tính của quá trình cắt (cắt kín, cắt hở, cắt nửa kín ) Giữa các yếu tố lại có những tác động qua lại tương hỗ với nhau Như vậy, để giải quyết đầy đủ nội dung cần có thực nghiệm đơn và đa yếu tố

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà chúng tôi sử dụng không phải là thực nghiệm thuần tuý mà là sự kết hợp hài hoà giữa lý thuyết và thực nghiệm; lấy lý thuyết làm cơ sở, làm định hướng ban đầu hỗ trợ giảm bớt khối lượng công việc, rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm

2.4.2 Nội dung và phương pháp luận nghiên cứu thực nhiệm

Theo [2,14,29] nội dung của nghiên cứu thực nghiệm gồm: xác định mục tiêu thực nghiệm; chọn tham số điều khiển và khoảng biến động của chúng; chọn các thiết bị đo; tiến hành công tác chuẩn bị; tiến hành thí nghiệm thăm dò; tiến hành thực nghiệm đơn yếu tố; tiến hành thực nghiệm đa yếu tố

Tiến hành thí nghiệm thăm dò (ở mức cơ sở với số thí nghiệm n 50140) để xác định qui luật phân bố của đại lượng cần nghiên cứu [14]

Quy luật phân bố của đại lượng nghiên cứu có thể khái quát hóa thành phân bố lý thuyết gọi là phân bố thực nghiệm Xây dựng các phân bố thực nghiệm để khái quát hóa thành các phân bố lý thuyết là một trong những nhiệm vụ quan trọng Để có thể phát hiện ra qui luật phân bố khách quan trong tổng thể dựa vào những tài liệu thu thập được ở đại lượng nghiên cứu, trước hết ta cần sắp xếp các trị số quan sát được của đại lượng theo một trật tự nhất định, rồi thống kê các phần tử nằm trong những khoảng xác định Để lập được phân bố thực nghiệm phải tiến hành chia tổ ghép nhóm các trị số thu thập được theo công thức kinh nghiệm của Brooks và Carruther [13]

Xác định số lần lặp cho các thí nghiệm Việc xác định số lần lặp cho các thí nghiệm có ý nghĩa rất quan trọng, nó phải đủ lớn để đảm bảo mức độ chính xác của luật phân bố chuẩn, nhưng lại phải tối thiểu để giảm bớt khối lượng thực nghiệm

Như vậy, mục đích tiến hành thí nghiệm thăm dò chính là để có thể phát hiện ra qui luật phân bố khách quan trong tổng thể dựa vào những tài liệu thu thập được ở đại lượng nghiên cứu và làm cơ sở xác định số lần lặp cho các thí nghiệm ở thực nghiệm đơn và đa yếu tố Từ nhiều công trình nghiên cứu có liên quan [1,14, 15 47] đã cho thấy tương quan giữa các đại lượng đặc trưng cho chi phí năng lượng riêng, chất lượng gia công với các yếu tố công nghệ là có tính quy luật và có thể khái quát hóa thành phân bố lý thuyết gọi là phân bố thực nghiệm Kế thừa những kết quả trên, luận văn không tiến hành thí nghiệm thăm dò mà triển khai luôn thực nghiệm đơn yếu tố Số lần lặp của mỗi thí nghiệm trong các lô thí nghiệm là 3

2.4.2.2 Thực nghiệm đơn yếu tố

Nhiệm vụ cơ bản của thực nghiệm đơn yếu tố là xác định các thông số ảnh hưởng để xem thông số nào thực sự ảnh hưởng đến các chỉ tiêu đánh giá,

18 xác định mức độ và quy luật ảnh hưởng của chúng đến chỉ tiêu quan tâm Thực nghiệm đơn yếu tố được tiến hành qua các bước sau:

- Thực hiện thí nghiệm với từng thông số thay đổi với số mức không nhỏ hơn 4, khoảng thay đổi lớn hơn 2 lần sai số bình phương trung bình của phép đo giá trị thông số đó

- Sau khi thí nghiệm xong, tiến hành xác định độ tin cậy về ảnh hưởng của mỗi yếu tố tới chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt chi tiết gia công Đánh giá tính thuần nhất của phương sai trong quá trình thí nghiệm, để chứng tỏ ảnh hưởng khác đối với thông số cần xét là không có hoặc không đáng kể

Thuật toán phân tích phương sai để xác định độ tin cậy và tính thuần nhất [11, 13, 29] cụ thể như dưới đây a Đánh giá tính đồng nhất của phương sai

Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kohren

Smax- Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm;

Su - Phương sai của thí nghiệm thứ u với số lần lặp lại mu;

S = 1 Y -Y m -1 (2.2) mu - Số lần lặp lại ở mỗi điểm thí nghiệm;

Yui - Giá trị của thông số ra tại điểm u, lần lặp thứ i;

Yui- Giá trị trung bình của thông số ra tại điểm u; m u u iu u i 1

19 Ứng với N điểm thí nghiệm trong kế hoạch thực nghiệm ta có N phương sai S 2 u Trong đó luôn có giá trị S 2 max ;

Gtt- Chuẩn Kohren tính toán theo thực nghiệm

Trong đó bậc tự do ở tử số  = m - 1 và ở mẫu số K = N.(m - 1) m- số lần lặp lại ở thí nghiệm mà ở đó có phương sai cực đại m = mu

Giá trị thống kê chuẩn Kohren được tính sẵn theo mức ý nghĩa , bậc tự do  và k ký hiệu Gb tra bảng [2, 14]

Nếu Gtt < Gb thì giả thiết H0 không mâu thuẫn với số liệu thí nghiệm Phương sai của các thí nghiệm được coi là đồng nhất Điều này cho phép coi cường độ nhiễu là ổn định khi thay đổi các thông số trong thí nghiệm Ngược lại nếu Gtt > Gb thì giả thiết H0 bị bác bỏ b Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố

Phương pháp đánh giá này dùng chuẩn Fisher (F) Thực chất là so sánh phương sai thành phần do thay đổi thông số vào gây nên và phương sai do nhiễu gây ra Nếu tỷ số giữa hai phương sai này lớn hơn giá trị lý thuyết tra bảng của tiêu chuẩn F thì sự khác biệt giữa các giá trị trung bình là đáng kể và các thông số vào có ảnh hưởng thực sự đến thông số ra, trội hẳn so với ảnh hưởng ngẫu nhiên

Giá trị tính toán của chuẩn F là tỷ số:

S - phương sai do sự thay đổi thông số vào X gây nên; y

Se- ước lượng phương sai do nhiễu thực nghiệm gây ra;

Y0- giá trị trung bình chung của thông số ra tính cho toàn bộ thực nghiệm:

Bậc tự do của S là  2 y 1 = N - 1; của S 2 e là 2 = N.(m - 1)

Giá trị thống kê của chuẩn F được tính sẵn theo mức ý nghĩa  = 0,05, bậc tự do 1, 2 ở phụ lục 3 tài liệu [14]

Nếu giá trị tính toán F < Fb thì ảnh hưởng của thông số vào là không đáng kể trong khuôn khổ ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên Nguyên nhân gây nên trường hợp này là đưa vào thí nghiệm những thông số không có ảnh hưởng đáng kể hoặc bước biến đổi của thông số quá bé, dẫn đến hiệu ứng ảnh hưởng của thông số nhỏ so với nhiễu

CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Khả năng công nghệ và các thông số kỹ thuật của máy tiện LD 134.OE

Máy tiê ̣n LD134.OE ( hình 3.1), là máy tiện vạn năng Sản xuất tại Đài Loan Trên máy tiện LD134.OE có thể dùng dao tiện gia công mặt trụ ngoài và trong, mặt côn và mặt định hình, mặt đầu mút và gờ, cắt rãnh ngang, dùng dao cắt ren trong và ngoài, dùng mũi khoan, mũi khoét, mũi doa, dùng ta-rô và bàn ren cắt đường ren trong và ngoài

Các thông số kỹ thuật của máy tiện LD134.OE như giới thiệu ở phụ biểu 01

Hình 3.1 Má y tiê ̣n LD134.OE ta ̣i trường Cao đẳng nghề

Động học và động lực học quá trình cắt

3.2.1 Động học của quá trình cắt

3.2.1.1 Các chuyển động của quá trình cắt

Khi gia công trên máy tiện phôi (chi tiết) được quay xung quanh trục (đường tâm) của máy, còn dụng cụ (dao tiện) được kẹp trên bàn máy và cùng với bàn máy chuyển động song song với đường tâm máy hoặc làm một góc với đường tâm máy (hình 3.2) do đó, dụng cụ thực hiện chuyển động thành phần so với chuyển động của chi tiết

Chuyển động cắt chính là chuyển động quay tròn của chi tiết quanh trục của nó còn chuyển động phụ (chạy dao) là sự dịch chuyển của dao cùng với bàn dao

Dao cắt có thể dịch chuyển như sau: a Song song với đường tâm máy Sự dịch chuyển như vậy được gọi là chạy dao dọc Bề mặt thu được sẽ là mặt trụ (hình 3.2) b Thẳng góc với đường tâm - chạy dao ngang Bề mặt tạo thành sẽ là mặt phẳng thẳng góc với đường tâm (hình 3.3,a) khi tiện mặt đầu Bề mặt tạo thành sẽ là mặt trụ (hình 3.3,b) khi mà toàn bộ lưỡi cắt nằm song song với

Chuyển động chính Chuyển động chính

Hình 3.2 Chuyển động chính và chuyển động chạy dao khi tiện: a- tiện ngoài chạy dao dọc; b- tiện trong

32 đường tâm thực hiện chạy dao ngang Dao tiện định hình khi chạy dao ngang sẽ cho bề mặt định hình tròn xoay (hình 3.3,c) c Làm một góc nào đó với đường tâm máy Do kết quả gia công ta sẽ có một mặt côn ngoài hoặc trong (hình 3.3,d) d Theo một đường cong nào đó - thực hiện bằng tay hoặc dùng dưỡng đặt trong mặt phẳng đi qua tâm máy Khi đó bề mặt thu được là một bề mặt tròn xoay với đường sinh cong (hình 3.3,đ) e Nếu lưỡi cắt của dụng cụ có profin của ren sau khi dao dịch chuyển song song với đường tâm ta sẽ có mặt ren (hình 3.3,e)

Chuyển động chính Chuyển động chính Chuyển động chính

Hình 3.3 Dịch chuyển của các dao cắt: a- xén mặt đầu; b- cắt đứt, tiện rãnh; c- tiện mặt định hình bằng dao tiện định hình; d- tiện mặt côn; đ- tiện mặt định hình bằng dao tiện ngoài; e- tiện ren

Như vậy, khi tiện chuyển động cắt chính là chuyển động quay tròn của chi tiết để hình thành phoi, còn chuyển động di chuyển của dao cắt là chuyển động để tiếp tục tạo ra phoi

Dao tiện thường gặp trên máy tiện khá đa dạng, trong phạm vi nghiên cứu luận văn sử dụng dao tiện ngoài đầu thẳng (hình 3.4,a), vật liệu dao là thép gió b a

Hình 3.4 Dao tiện mặt ngoài: a- đầu thẳng; b- đầu cong

3.2.1.2 Chế độ cắt khi tiện

Chế độ cắt khi tiện được đặc trưng bằng 3 thông số cơ bản: vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt

Vận tốc cắt khi tiện V là khoảng dịch chuyển của lưỡi cắt đối với bề mặt chi tiết gia công trong một đơn vị thời gian Tính một cách chính xác thì vận tốc cắt khi tiện là tổng hợp của vận tốc vòng của chi tiết gia công và vận tốc của chuyển động chạy dao a Vận tốc vòng của chuyển động quay của chi tiết

Vận tốc vòng của chi tiết được tính:

, m/ph (3.1) trong đó: D- đường kính của phôi (mm); n - số vòng quay của phôi trong một phút (v/ph)

Trong thực tế vận tốc vòng thường được tính theo đường kính phôi Khi không có bản vẽ phôi, thì vận tốc vòng được tính theo đường kính của sản phẩm cộng thêm lượng dư Thông thường thì kích thước phôi và sản phẩm khác nhau không vượt quá 5 – 10% đường kính phôi Như vậy vận tốc vòng được tính theo đường kính lớn nhất b Vận tốc chạy dao

Vận tốc chạy dao về trị số bằng lượng dịch chuyển của dao theo phương chạy dao trong một phút tính bằng mm Nếu sau một vòng quay của chi tiết, khoảng dịch chuyển của dao là S thì vận tốc chạy dao sẽ là:

Vs = S.n mm/ph Ở đây n - số vòng quay của chi tiết trong một phút (v/ph)

Véc tơ vận tốc chạy dao được chọn theo chiều ngược lại với hướng dịch chuyển của dao Khi tiện mặt trụ, véc tơ vận tốc vòng của chi tiết Vc thẳng góc với véc tơ vận tốc chạy dao Vs

Như vậy vận tốc cắt V là tổng hình học của vận tốc vòng Vc và vận tốc chạy dao Vs:

Trong đa số các trường hợp gia công, lượng chạy dao thường rất bé so với vận tốc vòng của chi tiết, do đó thường giá trị của vận tốc cắt lấy bằng giá trị của vận tốc vòng của chi tiết:

Lượng chạy dao S là khoảng dịch chuyển của dao theo hướng chuyển động chạy dao sau mỗi vòng quay của chi tiết gia công Lượng chạy dao được tính bằng mm/vòng

Lượng chạy dao được phân ra:

- Lượng chạy dao dọc: khi phương chuyển động của dao dọc theo đường tâm của chi tiết gia công a b

Hình 3.5 Các yếu tố của chế độ cắt và lượng chạy dao dọc: a- các yếu tố của chế độ cắt; b- lượng chạy dao dọc

- Lượng chạy dao ngang: khi phương chuyển động của dao vuông góc với đường tâm của chi tiết gia công

- Lượng chạy dao nghiêng: khi phương chuyển động của dao làm một góc với đường tâm của chi tiết gia công

Tổ hợp các yếu tố của chế độ cắt và lượng chạy dao dọc như giới thiệu trên hình 3.5

3.2.2 Động lực học của quá trình cắt Động lực học quá trình cắt nghiên cứu nhiều vấn đề ảnh hưởng đến năng suất, chất lượng, hiệu quả của công nghệ cắt gọt như: sự cân bằng năng lượng trong quá trình cắt, lực cắt, độ ổn định quá trình cắt,v.v…Trong luận văn chỉ đề cập đến lực cắt khi tiện và ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc chế độ cắt đến lực cắt để làm cơ sở cho nghiên cứu thực nghiệm

Hệ thống lực cắt khi tiện được mô tả như trên hình 3.6 Lực tổng hợp

P được phân tích thành 3 thành phần tiếp tuyến, hướng kính và ngược với hướng chuyển động chạy dao

Hình 3.6 Hệ thống lực cắt khi tiện

Thành phần lực P z nằm theo hướng chuyển động chính (hướng vận tốc cắt), thành phần này gọi là lực tiếp tuyến, lực cắt chính Giá trị của nó cần thiết để tính toán công suất chuyển động chính, tính độ bền của dao và các chi tiết khác của máy

Chất lượng gia công

Nói đến chất lượng gia công là nói đến hai nội dung chủ yếu: Chất lượng bề mặt gia công và độ chính xác gia công [5,17,25] Hai nội dung này xét trong phạm vi chính xác cao và kích thước nhỏ - tế vi, chúng có liên quan chặt chẽ với nhau, song với kích thước lớn chúng có khác nhau Chất lượng gia công có liên quan trực tiếp đến chất lượng thành phẩm, bởi mục tiêu cuối cùng của công nghệ gia công là thành phẩm Điều này đòi hỏi các nhà khoa học phải nghiên cứu toàn diện hơn

3.3.1 Chất lượng bề mặt gia công

Chất lượng bề mặt gia công được đánh giá bằng hai yếu tố đặc trưng:

- Tính chất cơ lý của lớp kim loại bề mặt

Chất lượng của lớp kim loại bề mặt được tạo thành bởi tính chất của kim loại và phương pháp gia công cơ Trong quá trình gia công cơ dưới tác dụng của lưỡi cắt, trên bề mặt kim loại tạo thành những vết lồi, lõm và cấu trúc của lớp bề mặt cũng thay đổi (lớp bề mặt bị biến cứng dẻo và tạo thành biến cứng, đồng thời xuất hiện ứng suất dư)

Bề mặt có thể có độ sóng và độ nhám cao, độ sóng và độ nhám vừa phải, bề mặt tương đối bằng phẳng nhưng có độ nhám cao hoặc bề mặt phẳng với độ nhám thấp (hình 3.8,a) Độ sóng bề mặt xuất hiện khi gia công có rung động của hệ thống công nghệ (Máy - Dao - Đồ gá – Chi tiết gia công), quá trình cắt không liên tục, độ đảo của dụng cụ cắt, v.v Thông thường độ sóng bề mặt xuất hiện khi gia công các chi tiết có kích thước vừa và lớn

Bề mặt chi tiết được gia công bằng các dụng cụ có lưỡi cắt (dao tiện, dao phay, dao bào, v.v…) có độ nhám với các đặc tính khác nhau:

- Độ nhám dọc (trùng với phương véc tơ vận tốc cắt,hình 3.8,b )

- Độ nhám ngang (vuông góc với phương vận tốc cắt, (hình 3.8,c)

40 Độ nhám dọc xuất hiện khi lực cắt có biến đổi gây ra rung động Ngoài ra, độ nhám dọc xuất hiện còn do nguyên nhân lẹo dao (hiện tượng lớp kim loại bị dính chặt trên mũi dao)

- Độ nhám ngang thường lớn hơn độ nhám dọc Khi gia công tinh bề mặt bằng dụng cụ hạt mài, độ nhám bề mặt theo các phương ngang và dọc gần như nhau

Chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Tính chất của vật liệu gia công; Phương pháp gia công (tiện, bào, phay,v.v ); Chế độ cắt; Độ cứng vững của hệ thống công nghệ; Thông số hình học của dao; Dung dịch trơn nguội

Như vậy, chất lượng bề mặt gia công là vấn đề rộng, trong phạm vi đề tài luận văn chỉ tập trung nghiên cứu độ nhám bề mặt và những yếu tố cơ bản ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt gia công b c a

Hình 3.8 Các dạng bề mặt gia công: a - các dạng bề măt: 1- độ sóng và và độ nhám cao; 2- độ sóng và độ nhám vừa phải; 3- bề mặt tương đối bằng phẳng nhưng có độ nhám cao; 4- bề mặt phẳng với độ nhám thấp; b- độ nhám dọc; c- độ nhám ngang

3.3.2 Độ nhám bề mặt gia công Độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tế vi) là tập hợp tất cả những bề lồi, lõm với bước cực nhỏ và được quan sát trên một khoảng ngắn tiêu chuẩn Trên hình 3.9 là độ nhám bề mặt gia công được phóng đại lên nhiều lần Độ nhám bề mặt ảnh hưởng lớn đế tính chất sử dụng của chi tiết máy Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng ma sát và độ mòn của chi tiết máy phụ thuộc vào chiều cao và hình dáng của độ nhám bề mặt và phương của vết gia công Độ nhám bề mặt tăng có ảnh hưởng xấu đến độ bền của mối ghép căng (lắp chặt) bởi vì khi ép, độ nhám bề mặt bị chèn xuống làm cho độ bền của mối ghép giảm xuống Ví dụ như, độ bền của mối ghộp giữa trục chớnh và bỏnh xe tầu hoả cú độ nhỏm 36,5 àm giảm 40% so với độ bền mối ghộp cú độ nhỏm 18 àm Độ nhám bề mặt giảm (độ nhẵn bóng bề mặt tăng) cho phép nâng cao độ bền mỏi của các chi tiết Cụ thể như bề mặt vật liệu thép được đánh bóng sẽ có độ bền mỏi cao hơn 40% so với không được đánh bóng Độ nhám bề mặt còn ảnh hưởng rất lớn đến tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết Các chỗ lõm trên bề mặt chi tiết (đáy các nhấp nhô tế vi) là nơi chứa các tạp chất như axit, muối, v.v… Các tạp chất này

Hình 3.9 Độ nhám bề mặt

42 có tác dụng ăn mòn hóa học đối với kim loại Bề mặt chi tiết máy có độ nhám càng thấp (độ nhẵn bóng càng cao) thì càng ít bị ăn mòn hóa học Bán kính đáy các nhấp nhô càng lớn thì khả năng chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt càng cao

3.3.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công Để đánh giá độ nhám, trước hết ta phải vẽ được đường thẳng chuẩn Đường thẳng chuẩn là đường trung bình được vẽ sao cho trong phạm vi chiều dài chuẩn l tổng diện tích (phần gạch đứng trên hình 3.9) từ hai phía của đường chuẩn bằng nhau Chiều dài chuẩn l là chiều dài dùng để đánh giá các thông số của độ nhám, l = 0,01 đến 25 mm

Theo TCVN 2511-95 cũng như các tiêu chuẩn: ISO, DIN, ANSI và JIS, độ nhám bề mặt được đánh giá theo một (hoặc một số) trong các thông số sau:

Ra - sai lệch profin trung bình cộng bằng giá trị trung bình cộng của các chiều cao h tính từ đường trung bình trong phạm vi chiều dài chuẩn l

Ra được xác định theo công thức

 (3.6) ở đây: l - chiều dài chuẩn; h - tung độ của profin được đo từ đường thẳng chuẩn; n - số lượng tung độ của profin được đo

Rz - chiều cao nhấp nhô của profin theo mười điểm, được tính bằng giá trị trung bình giữa năm đỉnh cao nhất và năm đỉnh thấp nhất được đo trong phạm vi chiều dài chuẩn l:

Sm - bước trung bình các nhấp nhô của profin:

S - bước trung bình nhấp nhô của profin theo đỉnh bằng giá trị trung bình của các bước nhấp nhô (theo đỉnh) trong phạm vi chiều dài chuẩn l:

Rmax - chiều cao lớn nhất các nhấp nhô của profin, là khoảng cách giữa hai đỉnh cao nhất và thấp nhất của độ nhám (xem hình 3.9)

Căn cứ vào Ra và Rz ,TCVN 2511-95 chia độ nhám bề mặt ra 14 cấp như giới thiệu ở phụ biểu 02 Theo đó độ nhẵn bề mặt thấp nhất (hay độ nhẵn búng bề mặt cao nhất) ứng với cấp 14 (Ra = 0,01àm; Rz = 0,05àm ) Trên bản vẽ chi tiết máy, yêu cầu về độ nhám bề mặt được cho theo giá trị của Ra hoặc Rz Trị số Ra được cho khi yêu cầu độ nhám bề mặt (độ nhẵn búng bề mặt) cần đạt từ cấp 6 đến cấp 12 (Ra = 2,5 ữ 0,04àm) Trị số Rz được ghi trên bản vẽ nếu yêu cầu độ nhám bề mặt cần đạt trong phạm vi từ cấp 1 đến cấp 5 (Rz = 320 ữ 20 àm ) hoặc từ cấp 13 đến 14 (Rz = 0,08 ữ 0,05 àm ) Trong thực tế sản xuất nhiều khi người ta đỏnh giỏ độ nhỏm bề mặt chi tiết theo các mức độ: thô (cấp 1÷ 4), bán tinh (cấp 5÷ 7), tinh (cấp 8÷ 11) và siêu tinh (cấp 12÷ 14)

Luận văn sử dụng chỉ tiêu Ra khi xác định độ nhám bề măt chi tiết gia công trong nghiên cứu

3.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công a Thông số hình học của công cụ cắt

Qua thực nghiệm đối với phương pháp tiện các nhà khoa học đã xác định được hình dáng và giá trị của độ nhám bề mặt phụ thuộc vào lượng chạy dao, hình dáng của lưỡi cắt và bán kính mũi dao r Nếu thay đổi góc

44 nghiêng chính và góc nghiêng phụ (đặc trưng cho góc mài) thì chiều cao và hình dáng của độ nhám sẽ thay đổi Khi gia công bằng dao có bán kính mũi dao lớn thì hình dáng của độ nhám cũng có dạng được vê tròn

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

Định dạng
Số trang	98
Dung lượng	2,9 MB

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng bề mặt gia công trên máy tiện LD 134 OE​