Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết bằng vật liệu SKS3 khi gia công trên máy mài tròn Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết bằng vật liệu SKS3 khi gia công trên máy mài tròn Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết bằng vật liệu SKS3 khi gia công trên máy mài tròn
Mục đích nghiên cứu
Tối ưu hóa việc chọn chế độ cắt (tốc độ quay của trục chính, lượng chạy dao, chiều sâu cắt) cho quá trình mài tròn ngoài trên thép SKS3, nhằm đảm bảo cả về năng suất và chất lượng độ nhám bề mặt chi tiết gia công
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận văn là quá trình mài tròn ngoài trên thép SKS3 trước khi nhiệt luyện
Phạm vi nghiên cứu: Có rất nhiều thông số ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng khi mài Trong luận văn chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt (số vòng quay của trục chính, lượng chạy dao, chiều sâu cắt) đến chất lượng bề mặt mài của vật liệu SKS3 trên máy mài tròn ngoài
Ứng dụng phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) và thực nghiệm Áp dụng ma trận sang lọc Box-Behnken, phương án cấu trúc có tâm (CCD) Dùng phần mềm minitab và matlab để sử lý kết quả thí nghiệm
5 Cấu trúc của luận văn
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Xây dựng một số mô hình toán học khi mài tròn ngoài thép SKS3
Chương 4: Thực nghiệm mài trên thép SKS3
Chương 5: Kết luận và kiến nghị
6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu và tìm ra phương pháp lấy chế độ cắt để tối ưu hóa quá trình sản xuất, lấy chất lượng bề mặt khi mài thép SKS3 trên máy mài tròn ngoài Ý nghĩa thực tiễn: Việc hoàn thành luận văn sẽ là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu áp dụng vào thực tế sản xuất để điều khiển quá trình mài tròn ngoài nhằm mục đích đạt được chất lượng sản phẩm tốt với mức chi phí sản xuất nhỏ khi mài thép SKS3
1.1 Giới thiệu về phương pháp mài tròn ngoài
Máy mài tròn là một máy cắt gọt đa năng, có khả năng gia công tinh các mặt trụ ngoài của chi tiết đạt độ chính xác cao về hình dáng, kích thước và độ nhẵn bóng bề mặt Các phương pháp mài tròn ngoài là gia công chính xác các bề mặt hình trụ, hình côn bên ngoài đạt bộ bóng cao từ các loại vật liệu khác nhau
Có nhiều loại máy mài tròn ngoài tùy theo yêu cầu kỹ thuật và điều kiện công nghệ
Các kiểu máy mài tròn ngoài bao gồm máy mài có tâm và máy mài không tâm, máy mài dụng cụ cắt
Yêu cầu của chi tiết gia công tinh trên máy mài tròn vạn năng cần đạt được độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao, nên phải đạt được yêu cầu kỹ thuật sau:
Đảm bảo độ chính xác về kích thước
Đạt độ đồng tâm giữa các bề mặt trụ với đường tâm chi tiết
Đảm bảo độ sai lệch về hình dạng hình học, độ côn, độ ô van…trong phạm vi cho phép
Độ nhẵn bóng bề mặt
1.2 Quá trình cắt gọt khi mài
Là qúa trình cắt gọt chi tiết bằng dụng cụ cắt là đá mài, tạo ra rất nhiều phoi vụn do sự cắt và cà miết của các hạt mài vào vật gia công
Hình 1.1: Là hình dạng lớp cắt của một hạt mài
Mài có những đặc điểm khác với những phương pháp gia công cắt gọt khác như tiện, phay, bào như sau
Đá mài là dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt với các góc cắt khác nhau, bán kính góc lượn ở đỉnh của hạt mài, hướng của góc cắt sắp xếp hỗn loạn, không thuận lợi cho việc thoát phoi
Tốc độ cắt khi mài rất cao, cùng một lúc trong một thời gian ngắn có nhiều hạt mài tham gia cắt gọt và tạo ra nhiều phoi vụn
Độ cứng của hạt mài cao do đó có thể mài được các vật liệu rất cứng
Hạt mài có độ giòn cao nên dễ thay đổi hình dạng, lưỡi cắt dễ bị vỡ vụn nên trong quá trình cắt thường xuyên phải sửa đá mài để tạo ra lưỡi cắt mới
Do nhiều lưỡi cắt tạo ra không giống nhau tạo ra ma sát làm cho chi tiết gia công bị nung nóng rất nhanh và nhiệt độ vùng cắt rất lớn vì vậy khi mài dung dich tưới nguội cần phải xả nhiều
Vật liệu dùng để làm đá mài bao gồm có nhôm ôxit, kim cương nhân tạo, kim cương tự nhiên và các hợp chất hóa học như Silic cacbua, Bo cacbit, Boron Nitride, Chất kết dính Trong đó nhôm ô xit chiếm tới 75% còn các thành phần khác và độ tinh khiết của nhôm ôxit tùy theo tính chất gia công
Hình 1.2: Cấu tạo của đá mài
1 Hạt mài, 2 Chất keo, 3 Khoảng trống
Chất kết dính bao gồm các chất keo Keramic (gốm G), chất keo vuncanic (V), chất keo bakêlit (B)
Tùy theo đặc tính, áp lực tác dụng lên đá trong quá trình mài và dung dịch làm nguội mà ta chọn chất dính kết cho phù hợp
Kích thước của hạt mài cũng phụ thuộc vào tính chất gia công kích thước đó được làm theo tiêu chuẩn ΓOCT ví dụ như kích thước hạt mài từ (200-160)μm mài vật liệu phi kim Từ (50-40) μm mài thô những chi tiết và dụng cụ cắt đồng, gang đúc Từ (25-10) μm mài sửa tinh, mài tinh chi tiết, các loại dao tiện bằng hợp kim cứng, thép gió, gang trắng Từ (10-6) μm mài tinh những chi tiết có độ bóng và độ chính xác cao, các loại dụng cụ đo kiểm Từ (12-4) μm mài ren, mài sửa có độ nhẵn từ cấp 8 trở lên Từ (12-4) μm mài nghiền các chi tiết và các loại dụng cụ nhiều lưỡi cắt có độ bóng cao Từ (12-4) μm mài khôn xi lanh, mài mỏng, mài rà Theo tài liệu [1] trang
Hình dáng hình học của mỗi hạt mài: Các hạt mài thường có hình dáng hình học không giống nhau, góc sắc thường lớn hơn 90 0 , góc trước thường âm (γ < 0), do đó không thuận lợi cho quá trình cắt và thoát phoi Đồng thời do có nhiều hạt mài tham gia cắt gọt cùng một lúc với vận tốc cắt rất lớn nên nhiệt cắt khi mài rất lớn Nhiệt độ vùng cắt khi mài có thể lên tới 1000 ÷ 1500 0 C, gây cháy phoi sinh tia lửa
Hình 1.3: Các thông số hình học của lưỡi cắt đá mài
Tự mài sắc của đá mài: Nếu so với một mặt chuẩn thì đỉnh lưỡi cắt của các hạt mài phân bố không đều theo chiều cao, dẫn đến lượng dư phân bố cho các hạt mài sẽ không đều
Do đó lực cắt tác động lên các hạt mài sẽ không bằng nhau Nếu lực cắt quá lớn sẽ có hiện tượng hạt mài bị vỡ dẫn đến tạo ra các lưỡi cắt mới hoặc hạt mài bị bật ra khỏi bề mặt làm việc của đá mài dẫn đến xuất hiện các hạt mài mới Vì vậy, hiện tượng này sẽ tạo ra khả năng tự mài sắc của đá mài
1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt khi mài thép SKS3
Phương pháp nghiên cứu
Ứng dụng phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) và thực nghiệm Áp dụng ma trận sang lọc Box-Behnken, phương án cấu trúc có tâm (CCD) Dùng phần mềm minitab và matlab để sử lý kết quả thí nghiệm.
Cấu trúc của luận án
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Xây dựng một số mô hình toán học khi mài tròn ngoài thép SKS3
Chương 4: Thực nghiệm mài trên thép SKS3
Chương 5: Kết luận và kiến nghị
6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu và tìm ra phương pháp lấy chế độ cắt để tối ưu hóa quá trình sản xuất, lấy chất lượng bề mặt khi mài thép SKS3 trên máy mài tròn ngoài Ý nghĩa thực tiễn: Việc hoàn thành luận văn sẽ là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu áp dụng vào thực tế sản xuất để điều khiển quá trình mài tròn ngoài nhằm mục đích đạt được chất lượng sản phẩm tốt với mức chi phí sản xuất nhỏ khi mài thép SKS3
1.1 Giới thiệu về phương pháp mài tròn ngoài
Máy mài tròn là một máy cắt gọt đa năng, có khả năng gia công tinh các mặt trụ ngoài của chi tiết đạt độ chính xác cao về hình dáng, kích thước và độ nhẵn bóng bề mặt Các phương pháp mài tròn ngoài là gia công chính xác các bề mặt hình trụ, hình côn bên ngoài đạt bộ bóng cao từ các loại vật liệu khác nhau
Có nhiều loại máy mài tròn ngoài tùy theo yêu cầu kỹ thuật và điều kiện công nghệ
Các kiểu máy mài tròn ngoài bao gồm máy mài có tâm và máy mài không tâm, máy mài dụng cụ cắt
Yêu cầu của chi tiết gia công tinh trên máy mài tròn vạn năng cần đạt được độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao, nên phải đạt được yêu cầu kỹ thuật sau:
Đảm bảo độ chính xác về kích thước
Đạt độ đồng tâm giữa các bề mặt trụ với đường tâm chi tiết
Đảm bảo độ sai lệch về hình dạng hình học, độ côn, độ ô van…trong phạm vi cho phép
Độ nhẵn bóng bề mặt
1.2 Quá trình cắt gọt khi mài
Là qúa trình cắt gọt chi tiết bằng dụng cụ cắt là đá mài, tạo ra rất nhiều phoi vụn do sự cắt và cà miết của các hạt mài vào vật gia công
Hình 1.1: Là hình dạng lớp cắt của một hạt mài
Mài có những đặc điểm khác với những phương pháp gia công cắt gọt khác như tiện, phay, bào như sau
Đá mài là dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt với các góc cắt khác nhau, bán kính góc lượn ở đỉnh của hạt mài, hướng của góc cắt sắp xếp hỗn loạn, không thuận lợi cho việc thoát phoi
Tốc độ cắt khi mài rất cao, cùng một lúc trong một thời gian ngắn có nhiều hạt mài tham gia cắt gọt và tạo ra nhiều phoi vụn
Độ cứng của hạt mài cao do đó có thể mài được các vật liệu rất cứng
Hạt mài có độ giòn cao nên dễ thay đổi hình dạng, lưỡi cắt dễ bị vỡ vụn nên trong quá trình cắt thường xuyên phải sửa đá mài để tạo ra lưỡi cắt mới
Do nhiều lưỡi cắt tạo ra không giống nhau tạo ra ma sát làm cho chi tiết gia công bị nung nóng rất nhanh và nhiệt độ vùng cắt rất lớn vì vậy khi mài dung dich tưới nguội cần phải xả nhiều
Vật liệu dùng để làm đá mài bao gồm có nhôm ôxit, kim cương nhân tạo, kim cương tự nhiên và các hợp chất hóa học như Silic cacbua, Bo cacbit, Boron Nitride, Chất kết dính Trong đó nhôm ô xit chiếm tới 75% còn các thành phần khác và độ tinh khiết của nhôm ôxit tùy theo tính chất gia công
Hình 1.2: Cấu tạo của đá mài
1 Hạt mài, 2 Chất keo, 3 Khoảng trống
Chất kết dính bao gồm các chất keo Keramic (gốm G), chất keo vuncanic (V), chất keo bakêlit (B)
Tùy theo đặc tính, áp lực tác dụng lên đá trong quá trình mài và dung dịch làm nguội mà ta chọn chất dính kết cho phù hợp
Kích thước của hạt mài cũng phụ thuộc vào tính chất gia công kích thước đó được làm theo tiêu chuẩn ΓOCT ví dụ như kích thước hạt mài từ (200-160)μm mài vật liệu phi kim Từ (50-40) μm mài thô những chi tiết và dụng cụ cắt đồng, gang đúc Từ (25-10) μm mài sửa tinh, mài tinh chi tiết, các loại dao tiện bằng hợp kim cứng, thép gió, gang trắng Từ (10-6) μm mài tinh những chi tiết có độ bóng và độ chính xác cao, các loại dụng cụ đo kiểm Từ (12-4) μm mài ren, mài sửa có độ nhẵn từ cấp 8 trở lên Từ (12-4) μm mài nghiền các chi tiết và các loại dụng cụ nhiều lưỡi cắt có độ bóng cao Từ (12-4) μm mài khôn xi lanh, mài mỏng, mài rà Theo tài liệu [1] trang
Hình dáng hình học của mỗi hạt mài: Các hạt mài thường có hình dáng hình học không giống nhau, góc sắc thường lớn hơn 90 0 , góc trước thường âm (γ < 0), do đó không thuận lợi cho quá trình cắt và thoát phoi Đồng thời do có nhiều hạt mài tham gia cắt gọt cùng một lúc với vận tốc cắt rất lớn nên nhiệt cắt khi mài rất lớn Nhiệt độ vùng cắt khi mài có thể lên tới 1000 ÷ 1500 0 C, gây cháy phoi sinh tia lửa
Hình 1.3: Các thông số hình học của lưỡi cắt đá mài
Tự mài sắc của đá mài: Nếu so với một mặt chuẩn thì đỉnh lưỡi cắt của các hạt mài phân bố không đều theo chiều cao, dẫn đến lượng dư phân bố cho các hạt mài sẽ không đều
Do đó lực cắt tác động lên các hạt mài sẽ không bằng nhau Nếu lực cắt quá lớn sẽ có hiện tượng hạt mài bị vỡ dẫn đến tạo ra các lưỡi cắt mới hoặc hạt mài bị bật ra khỏi bề mặt làm việc của đá mài dẫn đến xuất hiện các hạt mài mới Vì vậy, hiện tượng này sẽ tạo ra khả năng tự mài sắc của đá mài
1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt khi mài thép SKS3
Ảnh hưởng của lượng chạy dao: Là sự dịch chuyển của bàn máy khi phôi quay được một vòng, đơn vị tính là mm/vòng, kí hiệu là Sd Lượng chạy dao có ảnh hưởng đến độ nhẵn bề mặt của chi tiết mài, hình 1.5a sẽ biểu diễn sự phụ thuộc đó
Ảnh hưởng của tốc độ quay của chi tiết: Nếu tăng tốc độ quay của chi tiết mài thì độ nhẵn bề mặt giảm, như hình 1.5b hoành độ biểu thì tốc độ quay của chi tiết Vct(m/phút)
Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t: Chiều sâu mài tăng, độ nhẵn bề mặt giảm như hình 1.5c biểu thị sự tương quan giữa chiều sâu mài và độ nhẵn bề mặt(mm) a, Sd(mm/v) b, Vct(m/p) c, t(μm)
Hình 1.4: độ nhẵn bề mặt phụ thuộc vào các yếu tố(Vct, Sd, t)