Tài liệu Nghiên cứu 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. tt

BỘ 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 HÌNH RÃNH TRÒN XOAY Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2018 Công 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 Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……… 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 GIỚI 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 1 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.  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 2 góp 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 3 CHƯƠNG 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]. a) b) c) d) Hình 1.6. Các chuyển động cắt của một số phương pháp mài định hình [13] a. Mài định hình tròn ngoài b. Mài định hình lỗ c. Mài định hình trên máy mài phẳng d. Mài định hình quay tròn 4 1.3. 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 5 yếu 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] 6 Mài 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 7 hai 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) 8 - 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 9 tròn 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 Các đại lượng nhiễu: - Rung động Các đại lượng đầu vào: - Lượng chạy hướng kính khi mài tinh: Shk - Vận tốc chi tiết: Vct - Nhiệt độ môi trường … Các đại lượng đầu ra: QUÁ TRÌNH MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH LĂN VÒNG TRONG Ổ BI 6208 - Chiều sâu cắt khi mài tinh: ttinh - Số chi tiết mài trong một chu trình: Nct Các đại lượng cố định: - Lượng mòn của đá mài: Hzi - Độ nhám bề mặt rãnh lăn: Ra - Độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn: Oct - Thiết bị gia công - Đá mài - Phôi mài - Vận tốc cắt: Vđá - Chế độ cắt khi mài thô … Hình 3.1. Sơ đồ thực nghiệm 3.2. Điều kiện thực nghiệm 3.2.1. Máy mài định hình - Thực nghiệm được thực hiện trên máy mài định hình đường lăn vòng trong ổ bi 3MK136B. 3.2.2. Phôi thực nghiệm Thực nghiệm được tiến hành để mài tinh rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208. 3.2.3. Đá mài Thực nghiệm được tiến hành trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B với loại đá mài có ký hiệu là 500x8x203A/WA100xLV60. 3.3. Các thiết bị đo - Thiết bị đo độ nhám: Độ nhám bề mặt chi tiết được đo bằng máy đo độ nhám SJ400 10 - 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: p Với: a P 1  a2  z 2 (3.10) 4  d2 d12 11 3.4.2. Tính toán thiết kế hệ đầu đo khi nén để đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay Để lựa chọn được các bộ thông số d1 và d2 hợp lý với mong muốn đầu đo có độ phân giải 1 µm hoặc nhỏ hơn 1 µm, ở đây tác giả sẽ đưa ra một số các bộ thông số d1 và d2 khác nhau. Sau đó, áp dụng các cơ sở lý thuyết đã xây dựng ở phần trước để xác định phương trình đặc tính, độ nhạy hay tỷ số truyền và khoảng làm việc của hệ đầu đo ứng với từng bộ thông số d1 và d2 khác nhau.Trên cơ sở đó sẽ thực hiện phân tích để lựa chọn ra bộ thông số d1 và d2 hợp lý. Qua đó nhận thấy, hệ đo khí nén ứng với d1 = 0,85; d2 = 1,5 thì miền làm việc tuyến tính của hệ đo bằng 48µm; tỉ số truyền i  0,02 bar/µm. Với hệ đo khí nén có d1 = 0,65 và d2 = 1,6 thì miền làm việc tuyến tính của hệ đo bằng 26,4 µm; tỉ số truyền i  0,04 bar/µm. Do đó đây là những hệ đo vừa đảm bảo có tỉ số truyền đủ lớn lại vừa đảm bảo có khoảng đo phù hợp để vừa đảm bảo dễ dàng điều chỉnh đầu đo vào trong miền đo tốt vừa đảm bảo được độ chính xác yêu cầu khi đo độ mòn của đá. 2 9 3 8 4 Đường khí đi vào hệ đầu đo Đường khí ra 5 cảm biến áp suất 6 7 Đường khí thổi Đặc biệt, trong phương án thiết kế ở đây thì đột thắt d1 và đầu đo d2 được nối với nhau thông qua một chi tiết trung gian (chi tiết bạc ba lỗ) như thể hiện trên hình 3.15. Với phương án trên, khi muốn thay đổi khoảng cách của đầu đo d2 với bề mặt đá mài (khe hở z) sẽ thực hiện điều chỉnh như sau: 10 ra bề mặt đá Từ đó, trên cơ sở các hệ thống đo khí nén được phát triển trước đây trong tài liệu [3, 47, 51], luận án đã đưa ra phương án thiết kế hệ thống đo khí nén để đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay như sau: Đột thắt d1 được chế tạo bằng đồng đỏ. Đầu thổi khí d2 được chế tạo bằng thép ШХ15. 11 1 ÐÁ MÀI Hình 3.15. Kết cấu của hệ đo khí nén 1. Panme 0:25; 2. Chốt tỳ; 3. Bạc đỡ; 4. Trục trung gian; 5. Đột thắt d1; 6. Bạc đỡ hệ đầu đo; 7. Đầu thổi d2; 8. Lò xo; 9. Then; 10. Bulong M5; 11. Bạc bắt panme - Khi muốn giảm khoảng cách khe hở Z sẽ thực hiện vặn đuôi panme số 1 để trục của panme số 1 đi xuống. Lúc này trục đuôi panme số 1 sẽ thúc vào chốt tỳ 2, chốt tỳ 2 sẽ đẩy trục trung gian số 4 đi xuống. Khi đó, do có ăn khớp ren nên khi trục trung gian đi xuống sẽ kéo theo bạc 3 lỗ số 6, đột thắt d1 số 5, đầu đo d2 số 7 sẽ đi xuống đúng bằng khoảng cách dịch chuyển của đuôi panme số 1. - Khi muốn tăng khoảng cách khe hở Z sẽ thực hiện vặn đuôi panme số 1 theo chiều ngược lại để trục của đuôi panme dịch chuyển đi lên. Khi đó, sẽ có khoảng khe hở giữa đầu trục của đuôi panme và chốt tì 2, nhờ có lực đẩy của lò xo nén 8 sẽ đẩy toàn bộ các chi tiết được ăn khớp ren với nhau bao gồm đầu d2 số 7, bạc đỡ 6, đột thắt d1 số 5, trục 4, chốt tỳ 2 dịch chuyển lên trên một khoảng cách đúng bằng khoảng dịch chuyển của đuôi panme 1. 12 Tuy nhiên, do khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay đá mài sẽ bị mòn liên tục và không đều tại các điểm khác nhau trên biên dạng bề mặt cung cong làm việc của đá mài. Vì vậy, để đánh giá được lượng mòn của đá mài khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay ở đây cần sử dụng hai hệ đo khí nén để đo mòn đồng thời tại hai điểm có lượng chênh lệnh mòn lớn nhất. 3.4.3. Xây dựng đường đặc tính động của hệ thống đo khí nén Từ bảng kết quả thực nghiệm xây dựng được về mối tương quan giữa áp suất p của buồng đo với khe hở z ở phần trước, áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm bình phương cực tiểu với dạng phương trình mối quan hệ đã xây dựng được ở phần trước sẽ xác định được phương trình và đường đặc tính động của hệ thống đầu đo như sau: Hệ đo khí nén đo mòn ở đỉnh biên dạng cung cong của đá mài có phạm vi đo là 200 μm (từ 50 μm đến 250 μm tương ứng với áp suất buồng đo từ 0,79 bar đến 3,10 bar), tỷ số truyền của đầu đo imax = 0,02 bar/μm với hàm truyền là: p 3,54 1  5, 4613 1004  z 2 (3.21) Trong khi, hệ đo khí nén đo mòn ở mép biên dạng cung cong của đá mài có phạm vi đo là 140 μm (từ 20 μm đến 160 μm tương ứng với áp suất buồng đo từ 0,61 bar đến 3,26 bar), tỷ số truyền imax = 0,03 bar/μm với hàm truyền là: p 3,54 1  1,8655 1004  z 2 (3.22) Áp suất buồng đo (Bar) 3.4.4. Đặc điểm của dòng khí nén xung quanh một viên đá mài đang quay khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi Chuyển động chạy dao hướng kính Thời gian gia công (s) Hình 3.21. Hình ảnh mô tả dòng khí chảy xung quanh một viên đá mài đang quay [33] Hình 3.22. Sự thay đổi áp suất của buồng đo trong quá trình mài một chi tiết Theo tài liệu [31, 33] thì một viên đá mài khi đang quay ở tốc độ cao sẽ mang theo một lớp không khí trên bề mặt do ma sát của bề mặt đá mài với lớp không khí như thể hiện trên hình 3.21. Đồng thời, luồng không khí này sẽ hướng ra phía ngoài bởi lực ly tâm. Sự thay đổi của dòng khí gây ra bởi chuyển động quay của đá mài dẫn đến sự thay đổi diện tích chảy của dòng khí thổi từ đầu đo d2 của hệ đầu đo vào bề mặt làm việc của đá mài ra môi trường xung quanh. Do đó, điều này dẫn đến sự thay đổi áp suất trong buồng đo. Hình 3.22 thể hiện sự thay đổi của áp suất buồng đo trong quá trình mài một chi tiết ứng với mỗi giai đoạn chuyển động chạy dao hướng kính của bàn ụ vật. Từ đó nhận thấy, tại thời điểm khi 13 bàn máy mang phôi ở vị trí gốc ban đầu (ứng với giai đoạn 8) thì áp suất p trong buồng đo là ổn định nhất tương ứng với vị trí mà áp suất p có giá trị nhỏ nhất trong quá trình mài một chi tiết. 3.4.5. Giải pháp thu nhận và xử lý tín hiệu đo để đo trực tuyến độ mòn của đá mài khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 3.4.5.1. Các bộ phận phần cứng trong hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu đo - Cảm biến áp suất SEU-31 - Bộ ADS1256 được sử dụng làm bộ ADC ngoài. - Vi xử lý STM32F4 3.4.5.2. Các chương trình phần mềm trong hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu đo - Phần mềm điều khiển cho vi xử lý: Phần mềm lập trình cho vi điều khiển được sử dụng ở đây là phần mềm Keil C. - Phần mềm giao diện: Hệ thống phần mềm giao diện cho hệ thống đo ở đây được viết và lập trình bằng cách sử dụng phần mềm Matlab. Hệ thống này có chức năng tạo giao diện hiển thị, tính toán và lưu trữ dữ liệu. 3.4.5.3. Giải pháp thu nhận và xử lý tín hiệu đo từ cảm biến áp suất Để xác định trị số áp suất ứng với một giá trị điện áp analog bất kỳ của cảm biến được chính xác, ở đây tác giả áp dụng phương pháp nội suy (theo từng đoạn giá trị thực nghiệm) từ bộ giá trị các điểm thực nghiệm. 3.4.5.4. Thuật toán thu nhận và xử lý dữ liệu đo Hệ thống phần mềm giao diện cho hệ thống đo ở đây được viết và lập trình bằng cách sử dụng phần mềm Matlab. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 1. Căn cứ vào mục tiêu nghiên cứu đã xây dựng được sơ đồ hệ thống thí nghiệm và xác định được các biến đầu vào cần điều khiển. Hệ thống trang thiết bị thí nghiệm, đặc biệt hệ thống đo khí nén xây dựng ở đây sẽ được sử dụng trong việc nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi. Từ đó hướng đến xác định chế độ cắt hợp lý vừa đảm bảo được năng suất gia công 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 là lớn nhất. 2. Áp dụng phương pháp điện khí tương đương đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo được hệ thống đo khí nén, đưa ra được giải pháp xây dựng đường đặc tính động của hai hệ đầu đo để đo mòn tại hai vị trí trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài. Với các thông số kết cấu của hệ đo được thiết kế cho hệ đầu đo thứ nhất đặt tại đỉnh viên đá là d1 = 0,85 và d2 = 1,5 và cho hệ đo thứ hai đặt tại mép biên dạng cung cong làm việc của đá mài là d1 = 0,65 và d2 = 1,6. Hệ đầu đo thứ nhất có dải đo từ 50 μm đến 250 μm tương ứng với áp suất buồng đo từ 0,79 bar đến 3,10 bar, tỷ số truyền của đầu đo imax = 0,02 bar/μm và phương trình đặc tính động (hàm truyền) là: p 3,54 1  5, 4613 104  z 2 14 Đối với hệ đầu đo thứ hai có phạm vi đo từ 20 μm đến 160 μm tương ứng với áp suất buồng đo từ 0,61 bar đến 3,26 bar, tỷ số truyền imax = 0,03 bar/μm và phương trình đặc tính động (hàm truyền) là: p 3,54 1  1,8655 104  z 2 3. Xây dựng được giải pháp thu nhận và xử lý tín hiệu đo của hệ thống đo khí nén để thực hiện việc giám sát trực tuyến lượng mòn của đá mài khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi. Đặc biệt, trên cơ sở phân tích đặc điểm của dòng khí xung quanh một viên đá mài đang quay và sơ đồ nguyên lý làm việc của máy mài đã lựa chọn được thời điểm hợp lý để xác định lượng mòn hướng kính của đá mài, nhằm giảm thiểu các sai số của phép đo. Đó chính là thời điểm bàn ụ vật ở vị trí gốc phôi, kết thúc quá trình mài một chi tiết và chuẩn bị cho quá trình mài chi tiết kế tiếp. CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN MÒN ĐÁ, CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CỦA CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH TRÒN XOAY 4.1. Xác định phương pháp tiến hành thực nghiệm Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đặt ra nhận thấy cần thực hiện 03 thực nghiệm sau: - Thực nghiệm 01: Đây là thực nghiệm nhằm mục đích kiểm chứng khả năng làm việc của hệ thống trang thiết bị thí nghiệm đã được xây dựng trong chương 3, đặc biệt là hệ thống đo khí nén. Từ đó, xác định vị trí có giá trị lượng mòn lớn nhất trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài. Đồng thời, xác định vị trí có trị số độ nhám bề mặt lớn nhất trên biên dạng rãnh lăn của chi tiết vòng trong ổ bi 6208. - Thực nghiệm 02: Đây là thực nghiệm thăm dò nhằm xây dựng sơ đồ phân bố độ ô van, độ nhám bề mặt của chi tiết và mòn đá theo số chi tiết mài tại ba chế độ công nghệ khác nhau. Trên cơ sở đó, tiến hành phân tích và dự báo xu hướng ảnh hưởng của bốn yếu tố chế độ công nghệ (lượng chạy dao hướng kính Shk, vận tốc của chi tiết Vct, lượng dư mài t, số chi tiết mài trong một chu trình 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. - Thực nghiệm 03: Đây là thực nghiệm nhằm xác định các phương trình toán học thể hiện mối quan hệ giữa mòn đá (Hz), độ nhám bề mặt rãnh lăn của chi tiết (Ra), độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 với bốn yếu tố công nghệ quan trọng (Shk, Vct, t, Nct). 4.2. Thực nghiệm kiểm chứng khả năng làm việc của hệ thống thí nghiệm 4.2.1. Trình tự các bước tiến hành thí nghiệm Sau khi đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm như đã tính toán thiết kế trong chương 3, cần tiến hành thực nghiệm để kiểm chứng lý thuyết ở trên và đánh giá khả năng làm việc của hệ thống trang thiết bị thí nghiệm. Từ đó, cần phân tích so sánh số liệu đo mòn ở các điểm khác nhau trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài, nhằm xác định được điểm có lượng mòn lớn hơn. Đồng thời, cần so sánh số liệu đo độ nhám bề mặt ở các vị trí khác nhau trên biên dạng rãnh lăn của chi tiết vòng trong ổ bi 6208, nhằm xác định được vị trí có trị số độ nhám bề mặt lớn nhất để làm cơ sở cho việc thực hiện thực nghiệm số 02 và thực nghiệm số 03. 15 Quá trình thực nghiệm được thực hiện trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B để mài rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208. Các thiết bị trong thí nghiệm được ghép nối theo sơ đồ hình 4.1. 30 Air supply Air compressor 29 27 28 01 26 23 02 Mitutoyo 25 0.001 03 04 22 24 21 18 M 0.0 01 13 10 Z 05 it u toy o 06 07 Rd 20 08 19 11 09 12 10 AC-220V Pressure Sensor Pressure Sensor DC-12V 6. Đầu đo đứng 15 14 13 20. Đầu đo nghiêng A D Amplifier 16 A D Amplifier 18 17 a Processor Computer ) a) Interface RS 232 c) Hình 4.1. Sơ đồ, hình ảnh và đồ họa 3D của hệ thống đo khí nén trong thí nghiệm để đo trực tuyến lượng mòn đá khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 a) Sơ đồ của hệ thống thí nghiệm b) Đồ họa 3D của hệ thống thí nghiệm c) Hình ảnh thực tế của hệ thống đo khí nén trong thí nghiệm 4.2.2. Kết quả thực nghiệm 16 Sau khi tiến hành thí nghiệm mài 30 chi tiết thu được kết quả như trong bảng kết quả thực nghiệm ở phụ lục 4 và kết quả đo mòn như ở hình 4.2. Từ đó, nhận thấy trong cùng một chu trình mài thì lượng mòn của đá mài có xu hướng giảm từ chi tiết mài thứ nhất đến chi tiết mài thứ 30. Đá mài bị mòn nhanh hơn ở các chi tiết đầu tiên của chu trình mài (ứng với chi tiết mài thứ 1 và thứ 2) khi vừa mới thực hiện sửa đá. Theo thời gian mài, thì tốc độ mòn của đá mài sẽ giảm dần. Đồng thời kết quả đo phản ánh đúng quy luật mài mòn của đá mài. Đặc biệt, từ các đồ thị trên cũng nhận thấy trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài, ở những điểm khác nhau thì đá mòn sẽ không giống nhau tức đá mòn không đều. Lượng mòn ở mép biên dạng cung cong làm việc của đá mài sẽ lớn hơn lượng mòn ở đỉnh biên dạng cung cong làm việc của đá mài. Ngoài ra, từ kết quả thực nghiệm đo độ nhám bề mặt rãnh lăn cũng nhận thấy độ nhám bề mặt ở mép biên dạng rãnh lăn lớn hơn so với độ nhám bề mặt ở đáy biên dạng rãnh lăn. Hình 4.2. Giao diện phần mềm sau khi mài xong 30 chi tiết đối với cả hai hệ đầu đo đo mòn ở mép và ở đỉnh của biên dạng cung cong đá mài 4.3. Thực nghiệm thăm dò đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết Để lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng trong các mô hình hồi quy thực nghiệm thường căn cứ vào thông tin tiên nghiệm và kết quả nghiên cứu lý thuyết. Tuy nhiên, đây mới là những thông tin mang tính định hướng ban đầu. Do đó, sau các bước ở trên cần thực hiện thí nghiệm thăm dò để kiểm chứng cơ sở lý thuyết đã đưa ra trước khi thực hiện thí nghiệm toàn diện nhằm xây dựng hàm hồi quy thực nghiệm được chính xác. Các thông số đầu vào trong thực nghiệm thăm dò này được lựa chọn thông qua các thí nghiệm cơ sở và tra sổ tay công nghệ chế tạo máy [7]. Từ đó lựa chọn được ba bộ thông số chế độ công nghệ khác nhau như thể hiện trong bảng 4.1. Bảng 4.1. Ba bộ thông số chế độ công nghệ được sử dụng trong thí nghiệm thăm dò Bộ thông số chế độ công nghệ thứ nhất Bộ thông số chế độ công nghệ thứ hai Bộ thông số chế độ công nghệ thứ ba Shk tinh (m/s) Vct (m/ph) ttinh (m) Nct (Chiếc) Vđá (m/s) Shk thô (m/s) tthô (m) 12,5 12 15 30 60 30 120 12,5 12 10 30 60 30 120 5 18 20 30 60 30 120 17 Khi đó, trên cơ sở bản vẽ yêu cầu kỹ thuật của nguyên công mài và ứng dụng phần mềm Matlab sẽ xây dựng được đồ thị thể hiện sơ đồ phân bố miền dung sai độ chính xác gia công và mòn đá theo số chi tiết mài ứng với từng bộ thông số chế độ công nghệ. Độ chính xác của chi tiết và lượng mòn đá (µm) Thời điểm cần tiến hành sửa đá để đảm bảo độ chính xác gia công do tại thời điểm này Ract12 = Rayc = 0,5 Hzgiới hạn = 9,6 Số chi tiết Hình 4.9. Sơ đồ phân bố miền dung sai độ chính xác gia công và mòn đá theo số chi tiết mài ứng với bộ thông số chế độ công nghệ thứ nhất Chú thích hình 4.9: + O: Độ ôvan của đường kính đáy rãnh lăn * Ra: Nhám bề mặt ở mép biên dạng rãnh lăn x Hz: Lượng mòn ở mép biên dạng đá mài (Tất cả các trị số ở đây được thể hiện trên đồ thị với tỷ lệ xích bằng 1, trừ trị số Ra được thể hiện trên đồ thị với tỉ lệ xích bằng 10). Nhận xét: Bằng việc sử dụng phương pháp biểu đồ tọa độ điểm, trong thực nghiệm này đã xác định được sơ đồ phân bố miền dung sai độ chính xác gia công và mòn đá theo số chi tiết mài ứng với ba bộ thông số chế độ công nghệ khác nhau. Từ đó xác định được các thông số chế độ công nghệ (Shk, Vct, t, Nct) ảnh hưởng đến mòn đá, độ nhám bề măt, độ ô van của chi tiết. Tuy nhiên, yếu tố số chi tiết mài trong một chu trình (Nct) thì không ảnh hưởng đến độ ô van của chi tiết. Trên cơ sở đó lượng mòn giới hạn kinh tế của đá mài ứng với mỗi chế độ công nghệ khảo sát đã được xác định. Đây sẽ là cơ sở để xây dựng bài toán quy hoạch thực nghiệm xác định mô hình toán học đánh giá ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi. 4.4. Thực nghiệm xác định mối quan hệ giữa chế độ công nghệ với mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết Trên cơ sở các kết quả thu được từ thực nghiệm thăm dò, phần này sẽ thực hiện thực nghiệm toàn phần để xác định phương trình toán học thể hiện mối quan hệ giữa 4 yếu tố chế độ công nghệ (lượng chạy dao hướng kính khi mài tinh, chiều sâu cắt khi mài tinh, vận tốc chi tiết, số chi tiết mài trong một chu trình) với 3 thông số đầu ra là lượng mòn đá mài, nhám bề mặt chi tiết mài và độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn. Các thiết bị trong thí nghiệm được ghép nối theo sơ đồ hình 4.1. Quá trình thực nghiệm được thực hiện trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B để mài rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208, với 18