Luận văn thạc sĩ nghiên cứu sự ảnh hưởng của góc sau, chiều sâu cắt, tốc độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn gang trên máy tiện EER1330

Từ những phân tích nêu trên, được sự đồng ý của Khoa sau Đại học trường Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của góc sau, chiều sâu

3

Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện trên thế giới

Ngành khảo cổ đã phát hiện ra máy công cụ đầu tiên trong lịch sử loài người được sử dụng ở Ai Cập và Ấn Độ khoảng 650 năm trước công nguyên. Máy này làm việc do hai người điều khiển, một người kéo dây cung để thực hiện chuyển động của chi tiết gia công và một người điều khiển dao cắt gỗ.

Cuối thế kỷ XIV đầu thế kỷ XV máy tiện đạp chân được chế tạo (hình 1.2) Chuyển động quay tròn của chi tiết gia công nhờ dây thừng nối với cần đàn hồi như vậy từ chỗ hai người điều khiển máy này chỉ cần một người điều khiển.

Hình 1.1 Mô hình máy tiện gỗ đầu tiên của loài người

Hình 1.2 Mô hình máy tiện đạp chân

Vào cuối thế kỷ XVI, kỹ sư người Pháp Jac Beson đã phát minh ra máy tiện cắt ren hình trụ và ren hình côn. Đầu thế kỷ XVII người ta đã dùng sức nước làm động lực cho máy công cụ và một phát minh quan trọng trong việc phát triển máy tiện là tìm ra bàn chạy dao tự động Năm 1712, A.K Nartov nhà phát minh người Nga, thợ cơ khí của Sa hoàng Petr đệ nhất đã tìm ra phương pháp ứng dụng đầu tiên của loại bàn dao này ở máy tiện Đến năm 1774 các nhà thiết kế máy công cụ người Nga Jacôbatitreps, L Xôbôkin, A Xurnhin, đặc biệt là Mikhail Lômônôxốp đã có những cống hiến quan trọng trong lĩnh vực chế tạo máy công cụ của nước Nga như thiết kế máy tiện hình cầu Ngày nay, ở Nga ngành chế tạo máy công cụ rất phát triển, nhiều hãng chế tạo máy nổi tiếng thế giới đã sản xuất nhiều loại máy tiện khác nhau như hãng IZEBSKI, xí nghiệp chế tạo máy hàng đầu của Nga có công suất 128000 thiết bị trong một năm đã sản xuất các loại máy tiện với các mã hiệu: 1I611P,1I611, IT42, IZ250ITV, IZ250ITP, 95TC, IZ6U, ITVM250F3 , (hình1.3).

Hình 1.3 Máy tiện mã hiệu IZ250ITV01

Hãng KRAMATORSK sản xuất các loại máy tiện vạn năng với các mã hiệu như KJ1909, 1A680, 1A670, 1A675… Những loại máy tiện này có thể tiện phôi với đường kính từ 1400mm đến 1600mm, công suất động cơ 130

HP, tốc độ trục chính 2,5 - 2800 vòng/phút Sản phẩm của hãng được xuất khẩu đến hơn 50 nước trên thế giới.

Năm 1880, công ty Pittler, Ludwiglowe ở Đức đã nghiên cứu sản xuất máy tiện Revôle tự động đầu tiên dùng phôi phanh, cùng lúc hãng Worsley vào năm 1989, hãng Dabenpart đã cho ra đời máy tiện cỡ lớn tự động với bản dao di động dọc Cho tới nay, ở Đức vẫn tiếp tục nghiên cứu sản xuất máy tiện như hãng OPTIMUM đã cho ra đời các loại máy tiện vạn năng có mã hiệu OPTI D 320x630, OPTI D 320x630 DPA, OPTI D 320x920… có đường kính trục chính 38 mm, công suất động cơ 2 HP, tốc độ trục chính 65 - 1800 vòng/phút.

Về lĩnh vực máy CNC, hãng Traub sản suất các loại máy tiện CNC như TNA400, TNS30D, TNS60, TND360, TND400…, có công suất 30 - 35 HP, tốc độ trục chính 7 - 4000 vòng/phút (hình1.4), hãng Gildemeister đã sản xuất ra các loại máy tiên CNC có độ chính xác cao như CTX400E, CTX600E, CT60EPL2, CT40EPL… (hình 1.5) có công suất 15 - 33 HP, tốc độ trục chính

Hình 1.4 Máy tiện mã hiệu TNA 400

Hình 1.5 Máy tiện CNC CTX600E Ở Nhật Bản, hãng Washino đã sản suất các loại máy tiện vạn năng có mã hiệu LEO-80A, LEO-125A, LE-19J…, có đường kính trục chính 50 - 54 mm, công suất động cơ 3 HP, tốc độ trục chính tư 50-1500 vòng/phút Hãng TAKISAWA sản suất các loại máy tiện vạn năng có mã hiệu TLS-130, TLS-

550, LL-100, LLA-1000, TAC360, TAC800, TAC 510… (hình 1.6) có đường kính trục chính 190 mm, công suất động cơ 3 HP, tốc độ trục chính 83

Trong lĩnh vực máy tự động CNC, hãng TAKISAWA (Nhật) sản xuất các loại máy tiện CNC mang mã hiệu TMM-200, TMM250, TY-2000, TY- 200CS… (hình 1.7) có công suất 20 - 30 HP, tốc độ trục chính 20 - 6000 vòng/phút.

Hình 1.6 Máy tiện mã hiệuTAC510

Hình 1.7 Máy tiện mã hiệuTMM200 Hãng BIRMINGHAM (Trung Quốc) sản suất các loại máy tiện vạn năng mã hiệu YCL-1236, YCL-1340, YCL-

1440…(hình1.8), có đường kính trục chính 50 - 70 mm, công suất động cơ 2.5 – 3.0 HP, tốc độ trục chính từ 70

- 1400 vòng/phút, hãng ZHENG ZHOU (Trung Quốc) sản suất các loại máy tiện vạn năng có mã hiệu FL – 400B, FL - 450B, FL – 500B, FL-600B… có đường kính trục chính 65 - 80 mm, công suất động cơ 6 - 10 HP, tốc độ trục chính 22 - 1800 vòng/phút.

Hình 1.8 Máy tiện mã hiệuYCL1440

Tình hình sản xuất và sử dụng máy tiện ở một số nước nêu ở trên cho thấy rằng: Gia công các chi tiết máy bằng phương pháp tiện là phương pháp gia công thông dụng cho nên đã có nhiều loại máy tiện khác nhau được chế tạo và đưa vào sản xuất, đáp ứng nhu cầu của ngành chế tạo máy ở các nước khác nhau trên thế giới Cùng với việc chế tạo máy tiện thì nghiên cứu hoàn thiện, nâng cao chất lượng máy và quá trình sử dụng máy đã được quan tâm trong nhiều công trình nghiên cứu ở Nga và những nước có nền công nghiệp phát triển Các nghiên cứu tập trung vào các hướng chủ yếu sau:

- Nghiên cứu nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩmCông trình [20] của tác giả Anokhina A.H đã thực hiện việc nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt gia công khi tiện vật liệu kim loại khó gia công với tốc độ lớn Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng sử dụng loại dao cắt làm bằng vật liệu sứ có độ cứng 90 HRA rất phù hợp với tốc độ cắt 600 - 800m/phút, lượng ăn dao 0.05 - 0.1mm/vòng và chiều sâu cắt 0.15 - 0.25mm cho năng suất cao và đảm bảo độ chính xác và chất lượng bề mặt khi gia công Tuy nhiên, khi ở chế độ cắt với tốc độ nhỏ dưới 300 m/phút, lượng ăn dao lớn hơn 0.15mm/vòng và chiều sâu cắt lớn hơn 0.3mm bề mặt gia công đạt chất lượng không cao.

Các tác giả Boguslavski V.A., Ivtrenko T.G trong công trình [21] đã nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt gọt khi tiện vật liệu khó gia công có tính đến giới hạn của nhiệt độ Trên cơ sở nghiên cứu qui luật thay đổi của dòng nhiệt và nhiệt độ tại vùng cắt gọt phụ thuộc vào tốc độ cắt, lượng ăn dao Sử dụng phương pháp nghiên cứu quy hoạch tuyến tính đã xác định được chế độ cắt gọt tối ưu cho năng suất gia công cắt gọt cao nhất và đảm bảo được nhiệt độ cho phép không làm ảnh hưởng đến chất lượng gia công tiện Sử dụng phương pháp nghiên cứu trong công trình này cho phép chọn chế độ cắt gọt tối ưu ở các điều kiện khác nhau khi tiện vật liệu khó gia công

Trong công trình [26], tác giả Pustov A.A đã nghiên cứu việc nâng cao chất lượng sử dụng của các chi tiết máy trong công nghiệp khai thác mỏ nhờ phương pháp gia công hợp lý và xác định chính xác các thông số kỹ thuật của chúng.

- Nghiên cứu sử dụng các vật liệu mới làm dao cắt

Tác giả Kuznhesova A.V trong công trình [23] đã nghiên cứu việc nâng cao hiệu quả gia công các chi tiết máy nhờ việc sử dụng vật liệu làm dao mới, tác giả cũng đưa được phương pháp chọn chế độ cắt, phương pháp gia công hợp lý để đạt được hiệu quả gia công cao nhất và nâng cao chất lượng bề mặt gia công

- Nghiên cứu hoàn thiện các thông số hình học của dao cắt

Trong công trình [28] tác giả Skrưnhikov V.C đã nghiên cứu hoàn thiện kết cấu của dao tiện gắn các mảnh gồm nhiều cạnh để tăng tính vạn năng của nó.

- Nghiên cứu hoàn thiện chế độ cắt gọt khi gia công các chi tiết…

Trong công trình [29] Tác giả Phômenkô R.N đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của các lớp chất phủ chống mòn cho dao đến thông số kỹ thuật của quá trình cắt gọt khi tiện kim loại Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, tác giả đã khảo sát sự ảnh hưởng của các lớp chất phủ chống mòn dao khác nhau đến thông số kỹ thuật của quá trình căt gọt như lực cắt, hệ số ma sát giữa phôi và mặt trước của dao cắt, nhiệt độ vùng cắt gọt… và đưa ra một số kết luận dựa trên các kết quả nghiên cứu.

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

Hiện nay, cả nước có khoảng 40.000 máy công cụ đang được sử dụng trong các doanh nghiệp cơ khí, trong đó 30% là máy tiện, góp phần rất lớn vào quá trình sản xuất các loại máy móc, thiết bị đơn lẻ hoặc đồng bộ, phục vụ cho ngành cơ khí chế tạo máy cũng như các lĩnh vực cơ khí chuyên ngành khác Phần lớn các loại máy tiện này đều được sản xuất ở Liên xô cũ và các nước Đông Âu từ những năm 60 - 70 của thế kỷ XX và được nhập về ViệtNam dưới dạng viện trợ, hoặc theo các nguồn vốn vay dài hạn Các loại máy tiện này đều có một đặc điểm chung là độ bền cao, vận hành dễ dàng, mạch điện điều khiển của máy đều sử dụng rơle, công tắc, sử dụng các loại hộp số, các cơ cấu, bộ truyền động truyền thống để điều khiển các chuyển động của máy Thế hệ máy tiện này thường chưa được trang bị các hệ thống đo gắn liền với máy.

Một số loại máy tiện được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam được nhập từ Liên xô cũ như: 16K20; 16K20P; máy tiện 1M63/3000 có đường kính mâm cặp 630 mm, khoảng cách chống tâm 3000mm, công suất 14KW; máy tiện PC3 1020/5000 có đường kính mâm cặp 1020 mm, khoảng cách chống tâm 5000mm, công suất 22KW; máy tiện STANKO 1100/5000 có đường kính mâm cặp 110 mm, khoảng cách chống tâm 5000mm ,công suất 24 KW (hình1.9) Một số loại máy tiện được nhập từ Cộng hòa liên bang Đức như máy tiện, Tongil 0232-0233, Tongil 0235-0236, Tongil TIPL 4/SP 400x1050 (hình 1.10)…, có đường kính mâm cặp từ 58 mm, đường kính lỗ trục chính 20

- 50 mm, công suất động cơ 3 - 4.9 Kw, tốc độ trục chính 60 - 1600 vòng/phút, những máy tiện này có chất lượng gia công khá chính xác.

Hình 1.10 Máy tiện TONGIL TIPL 4SP

Trong một vài năm gần đây ,máy tiện Đài Loan được nhập vào nước ta mang mã hiệu: DY-410G, DY480G, DY-510G,FM-1330 (hình1.11) có đường kính phôi từ 330 mm đến 510mm, chiều dài chống tâm 750÷ 3100mm, công suất động cơ 2.2÷ 5.6Kw, tốc độ trục chính 23 - 1300 vòng/phút.

Ngay từ thập kỷ 70 của thế kỷ trước, nhà máy cơ khí Hà Nội đã sản xuất được máy tiện đầu tiên của Việt Nam và tiếp tục nghiên cứu chế tạo ra những máy tiện mang mã hiệu T630, T616, T6M16, T18A… (hình 1.12) với đường kính mâm cặp 200 - 240 mm, đường kính lỗ trục chính 30 - 32 mm, công suất động cơ 2.8 - 4,5 Kw, tốc độ trục chính 45 - 2240 vòng/phút.

Công ty TNHH Minh Toàn quận Tân Bình thành phố Hồ Chí Minh đã sản xuất ra những máy tiện mang mã hiệu Việt chuẩn 2m, 4m5, 5m5… (hình 1.13) có đường kính mâm cặp 240 mm, đường kính lỗ trục chính 100 mm, công suất động cơ từ 2.2 Kw, tốc độ trục chính 290 - 600 vòng/phút.

Hình 1.13 Máy tiện vạn năng Việt chuẩn 5m5

Trong vài năm gần đây, trên thế giới đã xuất hiện một thế hệ máy công cụ có tính năng hiện đại diều khiển bằng kỹ thuật số, đó là máy CNC Thế hệ máy này kế thừa được các ưu điểm của máy công cụ truyền thống, bên cạnh đó, sử dụng các bộ điều khiển điện tử làm đơn giản hoá quá trình điều khiển các chuyển động cần thiết của máy, tránh được các khâu truyền động trung gian, làm tăng độ chính xác gia công của máy Việc ứng dụng công nghệ thông tin trợ giúp việc thiết kế và viết chương trình điều khiển cho phép máy có thể gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp mà trước đây không thực hiện được hoặc phải làm thủ công với năng suất và chất lượng thấp Các doanh nghiệp cơ khí Việt Nam đang từng bước đầu tư thế hệ máy mới này. Hầu hết các máy CNC được nhập về từ các nước có nền công nghiệp chế tạo máy phát triển cao như CHLB Đức, Nhật Bản,Hàn Quốc, Đài Loan Như hãng OKUMA (Nhật) các máy tiện CNC mã hiệu GENOS L200, GENOS L250, GENOS L300, GENOS L400,… (hình 1.14), sử dụng hệ điều hành FANUC công suất động cơ 7,5 KW, tốc độ trục chính 15 - 3000 vòng/phút.

Hình 1.14 Máy tiện CNC GENOS L200H

Hãng Shunchuan (Đài Loan) sản xuất các máy tiện CNC mang mã hiệu CRL-1640, CRL-1440, CHL-21120, CHL-2160… (hình 1.15), sử dụng hệ điều hành FANUC điều khiển hai trục, công suất động cơ 5.5 - 7.5 KW, tốc độ trục chính 25 - 3000 vòng/phút.

Hình 1.15 Máy tiện CNC CRL-1640

Từ những phân tích trên cho thấy: Để đáp ứng nhu cầu sản xuất, nước ta đã nhập nhiều loại máy tiện từ nhiều nước khác nhau trên thế giới, do đó nghiên cứu sử dụng máy tiện sao cho hiệu quả để nâng cao năng suất, chất lượng gia công và hạ giá thành sản phẩm là rất cần thiết Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân khác nhau như ảnh hưởng của chiến tranh,kinh phí nghiên cứu hạn hẹp cho nên mãi đến những năm gần đây thì nghiên cứu về máy tiện và quá trình gia công kim loại trên máy tiện mới được quan tâm nghiên cứu ở một số trung tâm nghiên cứu lớn như các trường đại học, các viện nghiên cứu chuyên ngành Hướng nghiên cứu chủ yếu được tiến hành trong một vài năm gần đây:

Nghiên cứu áp dụng phương pháp gia công mới đó là phương pháp tiện cứng (hard turning).

Khi chế tạo các chi tiết như vòng bi, ổ lăn,vòi phun và những chi tiết của hệ thống thủy lực , sau khi nhiệt luyện thường phải qua nguyên công mài hoặc mài khôn Các nguyên công này thường thiếu linh hoạt và mất nhiều thời gian Hơn nữa, chi phí dung dịch bôi trơn, làm nguội cho nguyên công mài cũng khá cao.Mặt khác,chất thải khi mài gây ô nhiễm môi trường cũng là một vấn đề cần được quan tâm hiện nay Những lý do trên đã thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong qui trình công nghệ gia công tinh chi tiết. Phương pháp hữu hiệu thay thế khâu mài tinh chính là tiện cứng Đây là phương pháp sử dụng dao cắt bằng mảnh vật liệu siêu cứng CBN (cubic boron nitrid), PCBN, PCD hoặc Ceamic tổng hợp khi gia công thép qua tôi có độ cứng từ 45HRC trở lên Phương pháp này có thể gia công khô không cần làm mát và hoàn thành chi tiết trong cùng một lần gá Cấp chính xác khi tiện cứng cú thể đạt IT 5ữ7, nhỏm bề mặt Rz=2ữ4àm Tuy nhiờn, để ỏp dụng đươc cụng nghệ tiện cứng thì máy, dao, đồ gá phải đảm bảo được yêu cầu như: Đảm bảo đủ cứng vững, đủ tốc độ quay trục chínhvà công suất phù hợp.

Trong công trình [6], tác giả Trần Ngọc Giang đã tiến hành nghiên cứu mòn và độ bền của dao khi tiện thép 9XC qua tôi Đề tài đã tìm được công thức biểu diễn quan hệ giữa chế độ cắt với tuổi bền mảnh dao CBN thông qua hàm hồi quy thực nghiệm Từ hàm này có thể tối ưu hoá dễ dàng để đạt mục tiêu là tuổi bền lớn nhấtTmax Hạn chế của đề tài là kết quả chưa đủ độ tin cậy do mới chỉ nghiên cứu ở một chế độ công nghệ, một kiểu mảnh dao, một loại vật liệu và khoảng độ cứng nhất định.

Trong công trình [9], tác giả Hoàng Minh Phúc đã xác định được trường nhiệt độ tại vùng cắt gọt của dao cắt gắn mảnh hợp kim PCBN khi tiện cứng bằng lý thuyết nhưng chưa có các nghiên cứu thực nghiệm để so sánh và kiểm chứng kết quả nghiên cứu bằng lý thuyết.

Trong công trình [13], tác giả Hoàng Xuân Tứ dã nghiên cứu ứng dụng phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu khi tiện tinh thép 9XC qua tôi có độ cứng từ 55÷ 60 HRC bằng dao gắn mảnh kim loại cứng CBN Thông qua việc so sánh giữa bôi trơn, làm nguội tối thiểu và gia công khô khi tiện cứng bằng các chỉ tiêu như chất lượng bề mặt lượng mòn dao, cơ chế mòn đã chứng minh được tính ưu việt của phương pháp bôi trơn, làm nguội tối thiểu Đã sử dụng dầu thực vật sản xuất trong nước để bôi trơn tối thiểu khi tiện cứng thép qua tôi.

Ngoài những công trình trên, còn một số công trình nghiên cứu khác được tiến hành ở các trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh như “Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt tới cơ chế mòn dụng cụ PCBN sử dụng tiện tinh thép 9XC qua tôi” Nguyễn Thị Thanh Vân (2009); “Nghiên cứu sự ảnh hưởng loại dung dịch bôi trơn làm nguội tối thiểu đến lực cắt và nhám bề mặt khi tiện cứng thép 9xc” Nguyễn Trọng Anh Tuấn (2009); “Nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng thép X12M đã qua tôi đến chất lượng bề mặt và mòn dụng cụ khi tiện cứng” (2009); “Tối ưu hoá chế độ cắt” (1992); “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt đến chất lượng gia công tiện” Ngô Ngọc Tân (1995); “Nghiên cứu năng lượng tiêu hao khi tiện thép C45 bằng dụng cụ phủ Titan” Phạm Tài Thắng (2005)…

Qua phân tích tình hình sử dụng và nghiên cứu về máy tiện kim loại ở trên cho thấy rằng: Để đáp ứng nhu cầu của sản xuất nhiều loại máy công cụ nói chung và máy tiện nói riêng đã được chế tạo và sử dụng rộng rãi ở các nước công nghiệp cũng như ở nước ta Tùy theo điều kiện sử dụng như quy mô sản suất, chất lượng sản phẩm, nhu cầu sử dụng mà mỗi nơi, mỗi công ty, xí nghiệp có các loại máy thích hợp được lựa chọn để sử dụng Ở các nước phát triển ,các loại máy tiện hiện đại điều khiển theo chương trình NC hoặc máy CNC được sử dụng rộng rãi còn ở nước ta các máy tiện vạn năng và các loại máy CNC nhỏ được chọn và sử dụng nhiều hơn. Ở các nước phát triển, nghiên cứu về máy tiện được tiến hành bài bản và thành hệ thống Các nghiên cứu tập trung vào các lĩnh vực chủ yếu sau đây: Nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm; Hoàn thiện các thông số hình học của dao cắt; Sử dụng các vật liệu mới làm dao cụ; Hoàn thiện chế độ cắt gọt khi gia công các chi tiết… Ở nước ta, việc nghiên cứu về công nghệ cũng sử dụng như máy tiện trong gia công cơ khí còn ít và chưa đầy đủ, đặc biệt là những nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng và tiết kiệm năng lượng trong quá trình cắt gọt kim loại, vì vậy việc tiến hành thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu sự ảnh hưởng của góc sau, chiều sâu cắt, tốc độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn gangtrên máy tiện EER1330 ” là thực sự cần thiết, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng máy tiện trong gia công cắt gọt kim loại.

19

Mục tiêu nghiên cứu

Trên cơ sở xác định được mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt như góc sau, tốc độ cắt,chiều sâu cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn gang trên máy tiện EER1330, xác định được giá trị hợp lý của góc sau, chiều sâu cắt, tốc độ cắt đảm bảo được yêu cầu chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt là nhỏ nhất.

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố như góc sau, chiều sâu cắt, tốc độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn gang trên máy tiện EER1330.

Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau:

- Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy tiện;

- Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng khi gia công chi tiết làm bằng gang trên máy tiện;

- Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt của chi tiết khi gia công trên máy tiện;

- Xác định mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt chi tiết.

Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính theo lý thuyết và xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn gang Từ các kết quả đó làm cơ sở lựa chọn và xác định thông số hợp lý của máy tiện EER1330 khi tiện trơn gang.

Nội dụng nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các vấn đề sau:

-Xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt cho một số chế độ cắt khác nhau khi tiện gang.

- Xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt ứng với các thông số khác nhau của máy tiện EER1330 khi gia công gang bằng phương pháp tiện trơn.

- Xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi vận hành EER1330 với các thông số hợp lý của góc sau của dao cắt, chiều sâu cắt, tốc độ cắt.

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết nhằm xây dựng cơ sở lý luận của đề tài.

- Phương pháp kế thừa: Thông qua tổng quan nghiên cứu, tìm hiểu thu thập được những kết quả nghiên cứu về lĩnh vực nghiên cứu của đề tài ở trên thế giới và Việt Nam.

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: đề tài sử dụng phương pháp qui hoạch thực nghiệm Đây là phương pháp nghiên cứu mới, trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích cực Cơ sở toán học, nền tảng của lý thuyết qui hoạch thực nghiệm là toán học thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi qui.

Nội dung của phương pháp qui hoạch thực nghiệm

Tiến hành thí nghiệm thăm dò để xác định qui luật phân bố của đại lượng cần nghiên cứu Quy luật phân bố của đại lượng nghiên cứu có thể khái quát hoá thành phân bố lý thuyết gọi là phân bố thực nghiệm Xây dựng các phân bố thực nghiệm để khái quát hoá 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 [7]: a=5.lgn kTrong đó: a- Số tổ được chia; k- Cự ly tổ; xmax, xmin- Trị số thu thập lớn nhất, bé nhất của đại lượng nghiên cứu.

Xác định các đặc trưng của phân bố thực nghiệm:

Sai số trung bình mẫu: x =

Sai tiêu chuẩn: trường hợp mẫu lớn (n>30):

Phương sai mẫu là bình phương sai tiêu chuẩn: S 2

Hệ số biến động: S%Phạm vi biến động: R= x max -x min

Nếu S k =0, thì phân bố là đối xứng;

S k >0 thì đỉnh đường cong lệch trái so với số trung bình;

S k 0 thì đỉnh đường cong nhọn so với phân bố chuẩn;

Ex χ α 2 (k) thì luật phân bố của đại lượng nghiên cứu là phân bố chuẩn χα 2

(k) được xác định bằng cách tra bảng phụ lục 5[7], với k=n-1 là bậc tự do và mức ý nghĩa α=0,05. chính xác của luật phân bố chuẩn, nhưng lại phải tối thiểu để giảm bớt khối lượng thực nghiệm Số lần lặp cho mỗi thí nghiệm được tính theo kết quả của thí nghiệm thăm dò và theo công thức: m ≥

Trong đó: m- Số lần lặp; τ- Tiêu chuẩn Student tra bảng với mức ý nghĩa φ=0,05;

Y - Giá trịtrung bình của đại lượng nghiên cứu.

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

1 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 Số thí nghiệm lặp lại m=3.

2 Sau khi thí nghiệm xong, tiến hành xác định độ tin cậy về ảnh hưởng của mỗi yếu tố tới năng suất và chi phí năng lượng riêng 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, [6] như sau: a Đánh giá tính đồng nhất của phương sai

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

G u = 1 s 2 max -Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm

S u 2 = m u −1 i=1 m u- Sốlần lặp lạiởmỗi điểm thí nghiệm y ui- Giá trịcủa thông sốtại điểm u. y ui - Giá trị trung bình của thông số ra tại điểm u. y = 1 u=1, 2, 3,…N mu i=1

(2.14) Ứng với N điểm thí nghiệm trong kế hoạch thực nghiệm ta có N phương sai S u 2 Trong đó luôn có giá trị S m 2 ax

G tt- Chuẩn Kohren tính toán theo thực nghiệm Trong đó bậc tựdoởtử số γ= 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 = m u

Giá trị thống kê chuẩn Kohren được tính sẵn theo mức ý nghĩa α , hoặc tự do γ và ký hiệu G b tra bảng [6].

Nếu G tt < G b thì giả thiết H0 không mâu thuẫn với số liệu thí nghiệm. b Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố.

Phương pháp đánh giá này dùng chuẩn Fisher Thực chất là so sánh phương sai thành phần do thay đổi thông số nào 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

Giá trị tính toán của tiêu chuẩn F là tỷ số:

Trong đó: S 2 y - Phương sai do sự thay đổi thông số vào X gây nên.

S y 2 S e 2 -Ước lượng phương sai do nhiễu thực nghiệm gây ra.

S e 2 = y 0 - Giá trị trung bình chung của thông số đầu ra tính cho toàn bộ thực nghiệm.

Bậc tự do của S 2 y là γ 1 =N-1; của S e 2

Giá trị thống kê của chuẩn F được tính sẵn theo mức ý nghĩa α=0,005, bậc tự do γ 1 , γ 2 [7].

Nếu giá trị tính toán F F b thì ảnh hưởng của các thông số vào là đáng kể. c Xác định mô hình thực nghiệm đơn yếu tố để tiến hành các phân tích và dự báo cần thiết.

Nhờ sự trợ giúp của máy tính với số liệu thu thập được, ta có thể lập d Kiểm tra tính tương thích của mô hình hồi quy.

Phép kiểm tra này thực chất là so sánh phương sai tuyển chọn S 2 tạo nên do sự chênh lệch giữa các giá trị hàm tính theo mô hình và giá trị thực nghiệm của nó với phương sai S e 2 do nhiễu tạo nên theo tiêu chuẩn Fisher.

Nếu tỷ số hai phương sai này S 2 /S e 2 càng nhỏ thì tính thích ứng của mô hình càng mạnh Ngược lại nếu nó càng lớn thì tính thích ứng càng yếu Khi vượt khỏi ngưỡng của giá trị thống kê F b thì mô hành bị coi là không tương thích.

Phương sai do nhiễu tạo nên S e 2 là giá trị trung bình của các bình phương độ lệch nhiễu của các điểm thí nghiệm S 2 u

Phương sai tuyển chọn S 2 được tính theo công thức:

K * - Hệ số hồi quy có nghĩa Y- Giá trị của đối số Y=F(X1, X2, ,Xn) tính theo mô hình hồi quy thay các bộ giá trị các thông số vào (X 1 , X 2 , ,X n ) ứng với mỗi điểm thí nghiệm U giá trị tính toán của chuẩn Fisher.

So sánh F tt với giá trị lý thuyết tra bảng theo bậc tự do γ 1 , γ 2 nêu F tt < F b mô hình là tương thích Nếu F tt > F b chứng tỏ sự vượt trội một cách có hệ thống của thống kê tập hợp được ước lượng bởi S 2 so với tham số tương ứng được ước lượng bởi S e 2 Sự khác biệt không còn trong phạm vi sai số ngẫu nhiên nữa, vì thế ngoài sai số theo nhiễu, nguyên nhân khiến sai số thống kê đó vượt trội số hệ thống sai lệch bổ sung do sự sai lệch không tương thích của mô hình so với đối tượng nghiên cứu.

Trong trường hợp này để có mô hình tương thích có thể chọn các giải pháp sau:

+ Phức tạp hóa mô hình bằng cách nâng bậc cao hơn.

+ Lập lại thực nghiệm với khoảng và mức biến thiên của thông số vào nhỏ hơn. e Xây dựng đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến thông số đầu ra

Dựa vào mô hình thực nghiệm thu được ta có thể xây dựng đồ thị ảnh hưởng của các thông số đầu vào X đến các thông số đầu ra là chi phí năng lượng riêng và năng suất của máy phay.

2.5.3 Thực nghiệm đa yếu tố Để sử dụng phương pháp thực nghiệm đa yếu tố cần có các điều kiện

+ Kết quả thông số ra phải tập trung cao, nghĩa là khi lặp lại nhiều lần cùng một thí nghiệm thì giá trị thu được không sai lệch quá lớn.

+ Các yếu tố ảnh hưởng phải điều khiển được và chúng phải độc lập với nhau.

+ Mối liên hệ giữa các thông số tối ưu và các yếu tố ảnh hưởng được thể hiện bởi các phương trình và đáp ứng các điều kiện:

- Phải là hàm khả vi.

- Chỉ có một cực trị trong khoảng các yếu tố biến thiên.

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố được thực hiện theo các bước sau:

- Chuẩn bị dụng cụ đo, máy móc thiết bị thí nghiệm.

- Chọn phương án thích hợp cho thí nghiệm.

- Gia công số liệu thí nghiệm.

38

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy tiện EER 1330

Hình 3.1 Cấu tạo của máy tiện EER-1330

1 Hộp số; 2 Nắp bảo vệ; 3 Mâm cặp; 4 Bàn trượt dọc; 5 Ổ dao; 6 Bàn trượt phụ; 7 Bàn trượt ngang; 8 Chắn bảo vệ; 9 Ụ động; 10 Bệ máy sau; 11 Tấm chắn bảo vệ các trục bên trong; 12 Trục vít me; 13 Hộp xe dao; 14 Máng hứng phoi; 15 Bàn đạp (phanh khẩn cấp); 16 Gới hạn hành trình bàn xe dao; 17 Bệ máy trước; 18 Hộp số (Hộp chạy dao); 19 Bộ truyền động bánh răng.

Máy tiện EER - 1330 làm việc như sau: Khi khởi động, động cơ quay chuyển động được truyền lên trục chính thông qua dây đai và các bánh răng làm cho trục chính có gắn mâm cặp quay Khi tiện, mâm cặp kẹp phôi và phôi cùng chuyển động, dao cắt phôi được gá trên ổ gá dao và chạy tịnh tiến đến chi tiết thực hiện quá trình cắt gọt.

Bảng 3.1 Một số thông số kỹ thuật chính của máy tiện EER-1330

Kích thước máy tiện, mm:

Khối lượng máy tiện, kg

Cấp Tốc độ, Vòng/Phút

Các cấp tốc độ của trục chính (Vòng/phút):

Hộp số Đảo chiều động cơ

Chi phí năng lượng riêng

Chi phí năng lượng nói chung, chi phí năng lượng riêng nói riêng chiếm một giá thành lớn trong giá thành sản xuất, đồng thời cũng là một chỉ tiêu đánh giá chất lượng của một thiết bị hay sự hoàn thiện của một quá trình gia công, sản xuất Vì vậy, mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm tìm ra biện pháp kỹ thuật làm giảm chi phí năng lượng, góp phần làm giảm giá thành sản phẩm cũng như nâng cao chất lượng của thiết bị.

Chi phí năng lượng riêng, được xác định bằng công thức

Nđ- Công suất chi phí của động cơ, (KW);

T- Thời gian làm việc để thực hiện được khối lượng công việc M, (h);

M- Khối lượng công việc thực hiện trong thời gian T, (m 3 ).

Theo [5], công suất cần thiết của động cơ của máy tiện được xác định theo công thức:

Trong đó: Nc - Công suất cắt của máy; η m - Hiệu suất của máy (η m = 0,75);

Kt- Hệ số quá tải cho phép (Kt = 1,3 ÷ 1.5).

Khi biết lực cắt có thể xác định được công suất cần thiết để thực hiện quá trình cắt Công suất này được gọi là công suất hữu ích bởi vì nó không phải dùng để thắng các lực ma sát trong cơ cấu máy.

Hình 3.2 Các thành phần lực cắt khi tiện

Pz - Lực tiếp tuyến (lực cắt chính) tác dụng theo phương chuyển động của máy;

Py - Lực hướng kính tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang vuông góc với đường tâm chi tiết;

Px - Lực chạy dao (lực dọc trục) tác dụng song song với đường tâm chi tiết, ngược chiều với phương chạy dao;

VZ = V - Tốc độ cắt (m/phút);

VY = 0 - Tốc độ dịch chuyển của dao theo phương hướng kính (m/phút);

Vì giá trị của V x rất nhỏ so với V z cho nên thành phần thứ ba trong công thức (3.3) có thể bỏ qua Ví dụ khi tiện với tốc độ V0 m/phút, S=0.3 mm/vòng và n = 800 vòng/phút, Vx =0.24 m/phút.

Công suất cắt Nc được tính theo công thức:

Khi biết công suất căt Nc thay vào công thức (3.2) có thể tính được công suất của động cơ máy tiện theo công thức:

Ảnh hưởng của các yếu tố đến lực cắt khi tiện

a Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt

Theo [5] các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy đối với tất cả các thành phần lực cắt P z , P y , thì P z ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt có thể được biểu thị bằng công thức sau đây:

Hệ số Cp và các số mũ xp, yp phụ thuộc vào tính chất của vật liệu gia công, các thông số hình học của dao và dung dịch bôi trơn nguội. b Ảnh hưởng của vật liệu gia công

Theo [5] để tính pz có thể dùng các công thức gần đúng sau đây:

Pz= Cv.HP q Trong đó: Cv - Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công; σ B - Độ bền kéo;

HB - Độ cứng của vật liệu.

Khi gia công thép có độ cứng HB ≤ 170 thì số mũ q = 0,35, còn với HB

> 170 thì q = 0,75, khi gia công gang q = 0.55. c Ảnh hưởng của góc nghiêng chính ϕ

Theo [5] khi gia công gang nếu tăng góc ϕ thì Lực Pz giảm Hiện tượng này được giải thích như sau: Việc tăng góc ϕ làm cho bề rộng cắt b giảm và chiều dày cắt a tăng, mặc dù trong trường hợp này chiều sâu cắt và lượng chạy dao không thay đổi sự thay đổi của b và a làm cho lực cắt Pz giảm (hình 3.3).

Hình 3.3 Ảnh hưởng của góc φ đến các lực P x , P y , P z Ảnh hưởng của góc φ đến các Px, Py được gải thích bằng tương quan lực tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang (hình 3.4).

Hình 3.4 Ảnh hưởng của góc φ đến các thành phần lực căt P x và P y

Ta thấy, khi góc φ tăng, lực P x tăng, còn lực P y giảm, khi góc ϕ = 90 o thì lực Py = 0. d Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao

Khi tăng bán kính đỉnh dao r sẽ làm cho điều kiện cắt thay đổi cũng như giảm góc nghiêng chính φ Trên hình 3.5 là đồ thị quan hệ giữa lực cắt (Px, Py, Pz) và bán kính đỉnh dao r.

Hình 3.5 Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao đến các thành phần lực cắt Đường 1 trên hình 3.5 có công thức P z = C z r Đường 1 trên hình 3.5 có công thức P y = C y r 0,25 Đường 1 trên hình 3.5 có công thức P x = C x r -0,25

Như vậy theo [5] thì có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt Pz nhưng chưa có nghiên cứu tổng hợp, nên trong đề tài này ta chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt đến chi phí năng lượng riêng của máy tiện.

Như vậy, thay công thức (3.6) vào công thức (3.5) ta được:

Thay công thức (3.9) vào công thức (3.1) ta được:

Độ nhám bề mặt gia công

Độ nhám bề mặt gia công là một yếu tố rất quan trọng vì nó quyết định chất lượng bề mặt của chi tiết máy Khả năng làm việc của chi tiết máy phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng bề mặt Chất lượng bề mặt của chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp và điều kiện gia công cụ thể, là là mục tiêu chủ yếu cần đạt được ở bước gia công tinh các bề mặt chi tiết máy Theo [25] bề mặt chi tiết máy gia công trên máy cắt kim loại không thể tránh được độ mấp mô với chiều cao và bước mấp mô nhỏ Tập hợp những mấp mô bề mặt các bước tương đối nhỏ trên chiều dài chuẩn gọi là độ nhám bề mặt Độ nhám bề mặt được xác định bằng một hoặc một số thông số sau:

R a -Sai lệch trung bình số học của prôfin:

Trong đó: H i max - Sai lệch năm đỉnh cao nhất của profin; -

Sai lệch năm đỉnh thấp nhất của profin.

+ Chiều cao lớn nhất của profin Rmax là khoảng cách giữa đường đỉnh và đường đáy của profin trong giới hạn chiều dài chuẩn.

Theo [29] thông số Ra dùng để đánh giá độ nhám bề mặt cho các mẫu chuẩn và được áp dụng phổ biến trong các tài liệu kỹ thuật của các nước trên thế giới.

Theo [19] trong quá trình gia công cắt gọt, độ nhám của bề mặt gia công chịu ảnh hưởng của góc nghiêng chính của dao cắt ϕ và góc nghiêng phụ ϕ 1 , bán kính ρ của cạnh cắt, lượng chạy dao s, tốc độ cắt v và chiều sâu cắt t…

Xác định thông số Ra bằng lý thuyết là không thể được cho nên tác giả

Phormenko trong công trình [29] đã xác định được thông số Ra bằng thực nghiệm khi nghiên cứu độ nhám bề mặt khi gia công khi tiện thép bằng dao hợp kim 50H và xác lập được công thức thực nghiệm để tính Ra:

(3.13) Trong đó: v - Tốc độ cắt (m/phút); s - Lượng chạy dao (mm/vòng); t - Chiều sâu cắt (mm) ; hz - Mức độ mòn mặt sau của dao cắt.

Hi min việc nghiên cứu đề tài này.

Tóm lại: Từ những phân tích ở trên, đối với máy tiện thì các nhân tố đồng thời ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt gia công là:

+ Nhóm yếu tố thuộc về máy :

+ Nhóm nhóm yếu tố thuộc về dao cắt:

- Mức độ mòn mặt sau của dao.

48

Chuẩn bị thực nghiệm

Thiết bị đo được sử dụng trong khảo nghiệm bao gồm:

- Máy đo tiêu hao công suất điện FLUKE 41B;

- Máy đo độ nhám bề mặt TR 200;

- Đồng hồ bấm giây TIAN FU PC894;

- Máy tính cài đặt phần mềm FLUKEVIEW 41.

Thiết bị gia công bao gồm:

- Dao cắt có các thông số:

- Phôi làm bằng gang, chiều dài 400mm, đường kính 42mm

Kết quả thí nghiệm thăm dò

Đề tài tiến hành 50 thí nghiệm thăm dò để xác định quy luật phân bố của các hàm chi phí năng lượng riêng và hàm chất lượng bề mặt gia công.

Từ những số liệu thăm dò (phụ lục) thu thập được ta có:

Số lượng nhóm các giá trị thu thập: c = 5log50 = 8 nhóm

- Xét hàm chi phí năng lượng riêng:

Bảng 4.1 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm

Xác định đặc trưng của phân bố thực nghiệm (bảng 4.2):

Bảng 4.2 Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm

Số trung bình toàn phương z

Phạm vi biến động R Độ lệch Sk Độ nhọn phân bố E x

Bậc tự do k = n - 1 = 49 Như vậy χ tt 2 < χ b 2 , số liệu đo được trong bảng thí nghiệm tuân theo phân bố chuẩn.

Số lần lặp mỗi thí nghiệm m = 2,458, lấy m = 3.

- Xét hàm độ nhám bề mặt:

Khoảng chia nhóm K Bảng 4.3 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm

+ Xác định các đặc trưng của phân bố thực nghiệm (bảng 4.4):

Bảng 4.4 Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm

Min Max Trung bình Tổng

Số trung bình toàn phương z Sai tiêu chuẩn S

Bậc tự do k = n - 1 = 49 Như vậy χ tt 2 < χ b 2 , số liệu đo được trong bảng thí nghiệm tuân theo phân bố chuẩn.

Số lần lặp mỗi thí nghiệm m = 2,84, lấy m = 3.

Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố

Sau khi thực hiện công việc chuẩn bị đầy đủ, chúng tôi tiến hành làm thí nghiệm đơn yếu tố Kết quả thu được như sau:

4.3.1 Ảnh hưởng của góc cắt sau tới chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt

Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở bảng 4.5

Bảng 4.5 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của góc cắt

+ Chi phí năng lượng riêng

- Tính đồng nhất của phương sai được kiểm tra theo Kohren:

Phương sai của các thí nghiệm được coi là đồng nhất

- Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của yếu tố đầu vào theo Fisher:

Như vậy, ảnh hưởng của góc cắt đến Nr là đáng kể.

- Xác định mô hình thực nghiệm đơn yếu tố

Từ số liệu thí nghiệm xác định được phương trình tương quan:

- Kiểm tra tính tương thích của mô hình

Tính tương thích của hai mô hình trên được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher thoả mãn F tt < F b : F tt = 0,208 < F b = 4,1

Mô hình trên là tương thích.

Từ kết quả xử lý ở bảng 4.5, ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của góc cắt sau đến chi phí năng lượng riêng:

Hình 4.1 Đồ thị ảnh hưởng của góc cắt sau đến chi phí năng lượng riêng

+ Độ nhám bề mặt gia công

- Tính đồng nhất của phương sai được kiểm tra theo

Kohren: Các giá trị R a : G tt = 0,6904 < G b = 0,7885.

Phương sai của các thí nghiệm được coi là đồng nhất

- Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào theo Fisher:

Như vậy, ảnh hưởng của góc sau đến Ra là đáng kể.

Từ kết quả xử lý ở bảng 4.5, ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của góc cắt sau đến độ nhám bề mặt gia công:

Hình 4.2 Đồ thị ảnh hưởng của góc cắt sau đến độ nhám bề mặt gia công

4.3.2 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt gia công

Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt được thể hiện ở bảng 4.6

Như vậy, ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến Nr là đáng kể.

Bảng 4.6 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chiều sâu cắt

Từ kết quả xử lý ở bảng 4.6, ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí năng lượng riêng:

Hình 4.3 Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí năng lượng riêng

Như vậy, ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến R a là đáng kể.

Từ kết quả xử lý ở bảng 4.6, ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt gia công:

Hình 4.4 Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt gia công 4.3.3 Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới chi phí năng lượng riêng

Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở bảng 4.7

Bảng 4.7 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của tốc độ cắt

Như vậy, ảnh hưởng của tốc độ cắt đến Nr là đáng kể.

Hai mô hình trên là tương thích.

Từ kết quả xử lý ở bảng 4.7, ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chi phí năng lượng riêng: v(m/p)

Hình 4.5 Đồ thị ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chi phí năng lượng riêng

Như vậy, ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến Ra là đáng kể.

Từ kết quả xử lý ở bảng 4.7, ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của tốc độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công: v(m/p)

Hình 4.6 Đồ thị ảnh hưởng của tốc độ cắt đến độ nhám bề mặt

Kết quả nghiên cứu đa yếu tố

Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố cho chúng ta khảng định rằng: ảnh hưởng của góc cắt sau, chiều sâu cắt và tốc độ cắt đến hai hàm mục tiêu chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt là hàm phi tuyến Theo [7], chúng tôi không tiến hành quy hoạch thực nghiệm bậc nhất mà thực hiện ngay quy hoạch thực nghiệm bậc hai theo phương án Hartley Các bước tiến hành như sau:

4.4.1 Chọn vùng và các khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng

Từ các giá trị thực nghiệm đơn yếu tố, tổng hợp các kết quả nghiên cứu như trình bày ở mục 3.5.2, chúng tôi xác định được giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của các yếu tố đầu vào Sử dụng công thức (2.26) xác định các giá trị

X1, X2, X3 dạng mã của các thông số góc cắt sau, chiều sâu cắt h, tốc độ cắt v. Kết quả được ghi trong bảng 4.8.

Bảng 4.8 Giá trị mã hoá của X 1 , X 2 , X 3

Các yếu tố Mức biến thiên

4.4.2 Xác lập ma trận thí nghiệm

Ma trận thí nghiệm Hartley được sắp xếp trong bảng 4.9.

Bảng 4.9 Ma trận thí nghiệm Hartley

4.4.3 Tiến hành thí nghiệm theo ma trận Harley

Kết quả thí nghiệm được ghi ở phụ biểu 5 Trong quá trình thí nghiệm, những số liệu bất thường phải được kiểm tra xem xét nếu không đủ độ tin cậy đã kiểm tra và tiến hành lại.

4.2.4 Xác định mô hình toán và thực hiện các phép tính kiểm tra

- Hàm chi phí năng lượng riêng N r :

Tiêu chuẩn Kohren tra bảng G b = 0,376

Gtt < Gb tính đồng nhất của phương sai đạt tiêu chuẩn.

+ Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số: sử dụng tiêu chuẩn Student, những hệ số có nghĩa khi ttt > tb.

Giá trị tb α = 0,05; ϕ = N.(n-1) = 34 vậy tb = 2,02. Để tiện cho việc tìm giá trị tối ưu, tôi quyết định không bỏ hệ số nào. + Kiểm tra tính tương thích của mô hình.

F tt = 2,024 < F b = 3,07 Vậy mô hình ta chọn tương thích.

Bảng 4.10 Tổng hợp các giá trị xử lý được của hàm N r

+ Kiểm tra khả năng làm việc của mô hình: m.(N − K * ).S 2 + N.(m −1).S 2

N = 17; K * = 10; m=3; Se 2 = 6,3053; S 2 = 3,1159; Y ,595 Vậy R 2 =0,83> 0,75 mô hình được coi là hữu ích trong sử dụng [6].

- Hàm độ nhám bề mặt gia công:

Tiêu chuẩn Kohren Gtt = 0,2089 Tiêu chuẩn Kohren tra bảng Gb 0,376 G tt < G b tính đồng nhất của phương sai đạt tiêu chuẩn.

+ Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số: sử dụng tiêu chuẩn Student, những hệ số có nghĩa khi t tt > t b Giá trị t b α = 0,05; ϕ = N.(n-1) = 34, vậy t b = 2,02. Để tiện cho việc tìm giá trị tối ưu, tôi quyết định không bỏ hệ số nào. + Kiểm tra tính tương thích của mô hình.

Ftt = 2,9998 < Fb = 3,07 Vậy mô hình ta chọn tương thích.

Bảng 4.11 Tổng hợp các giá trị xử lý được của hàm R a

+ Kiểm tra khả năng làm việc của mô hình: m.(N − K * ).S 2 + N.(m −1).S 2

Vậy R 2 =0,79> 0,75 mô hình được coi là hữu ích trong sử dụng [6].

4.2.5 Chuyển phương trình hồi quy của các hàm mục tiêu về dạng thực

Trên cơ sở thay các giá trị mã hoá: x i = (X i - X 0i )/e i vào phương trình hồi quy (4.1 và 4.2);

Thay các ký hiệu X 1 bằng α, X 2 bằng h, X 3 bằng v Sau khi giản ước ta được :

Hàm chi phí năng lượng riêng N r theo phương trình (4.1):

Hàm chất lượng mạch xẻ theo phương trình (3.2):

4.2.6 Xác định giá trị tối ưu của các thông số v, u và β Để xác định các thông số tối ưu, đề tài lựa chọn phương pháp nhân tử Lagranger Trong đó hàm mục tiêu chính là hàm chi phí năng lượng riêng.

Thay X 1 , X 2 , X 3 vào phương trình 4.9 ta được: α=7,56 (độ); t=0,49 (mm); v44,6 (v/p), thay φ, t và v vào phương trình 4.10 và 4.11 ta được: Nr=7,064 (Wh/m 3 ); Ra=1,525 (μm)

Các trị số công nghệ hợp lý khi tiện trơn gang bằng máy tiện EER1330 64 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ

Sau khi xác định được các thông số hợp lý, chúng tôi tiến hành chạy máy với các thông số góc cắt sau α=8 độ; chiều sâu cắt t=0,5 mm và tốc độ cắt v 00 v/p Thực hiện 30 lần phay chúng tôi thu được kết quả như sau:

Chi phí năng lượng riêng Nr=6,718 (Wh/m 3 ) và độ nhám bề mặt

Vậy sai số không đáng kể.

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	665,1 KB

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu sự ảnh hưởng của góc sau, chiều sâu cắt, tốc độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn gang trên máy tiện EER1330​

3