Tài liệu Nghiên cứu chế độ công nghệ sửa đá, bôi trơn – làm nguội và xác định đường kính đá mài tối ưu khi thay đá để nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ.

iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT ................................................... vi DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................ x DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... xiii PHẦN MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 1 Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 3 Mục đích nghiên cứu ......................................................................................... 3 Phạm vi nghiên cứu ………………………………………………………… 3 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 3 Nội dung nghiên cứu.......................................................................................... 3 Những đóng góp mới ......................................................................................... 4 Cấu trúc của luận án........................................................................................... 4 Ý nghĩa của đề tài .............................................................................................. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÀI LỖ .............................................................. 5 1.1. Giới thiệu về mài lỗ. ........................................................................................ 5 1.1.1. Các sơ đồ mài lỗ ...................................................................................... 5 1.1.2. Trục mang đá của đá mài lỗ ..................................................................... 6 1.1.3. Vị trí và vai trò của nguyên công mài lỗ trong quy trình công nghệ ....... 8 1.2. Các đặc điểm của quá trình mài lỗ .................................................................. 9 1.2.1. Chiều dài cung tiếp xúc lk ........................................................................ 9 1.2.2. Chiều dày lớp cắt khi mài az .................................................................. 10 1.2.3. Đường kính tương đương của đá mài .................................................... 11 1.2.4. Quá trình tách phoi của hạt mài ............................................................. 11 1.2.5. Năng suất bóc tách của quá trình mài .................................................... 13 1.2.6. Lực trong quá trình mài ......................................................................... 14 1.3. Mòn đá và tuổi bền của đá mài ..................................................................... 16 1.3.1. Mòn đá mài ............................................................................................ 16 1.3.2. Tuổi bền của đá ...................................................................................... 18 iv 1.3.3. Chất lượng bề mặt sau mài. ................................................................... 20 1.3.4. Topography của đá mài ......................................................................... 22 1.4. Tổng quan các nghiên cứu về mài lỗ ............................................................ 23 1.4.1. Ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội (BTLN) đến quá trình mài lỗ. ....... 24 1.4.2. Ảnh hưởng của chế độ sửa đá đến quá trình mài lỗ. ............................. 29 1.4.3. Ảnh hưởng của chế độ cắt và đá mài đến quá trình mài lỗ. .................. 33 1.4.4. Các mô hình tính toán chi phí trong gia công mài................................. 37 1.5. Kết luận chương 1 ......................................................................................... 41 Nhận xét ........................................................................................................... 41 Định hướng vấn đề nghiên cứu. ....................................................................... 41 CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH MÀI LỖ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ........................................................... 43 2.1. Mô hình nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ................................................. 43 2.1.1. Sơ đồ và cơ sở của nghiên cứu nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ ...... 43 2.1.2. Chọn thông số đầu vào .......................................................................... 44 2.1.3. Các tham số điều khiển được ................................................................. 45 2.1.4. Các tham số nhiễu .................................................................................. 45 2.1.5. Các thông số đầu ra................................................................................ 45 2.1.6. Các giải pháp nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ ................................. 46 2.2. Hệ thống thí nghiệm ...................................................................................... 47 2.3. Kết luận chương 2 ......................................................................................... 50 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ BÔI TRƠN – LÀM NGUỘI ĐẾN QUÁ TRÌNH MÀI LỖ ...... 51 3.1. Mục đích thí nghiệm ..................................................................................... 52 3.2. Thiết kế thí nghiệm ....................................................................................... 52 3.3. Thực nghiệm và xử lý kết quả ....................................................................... 55 3.3.1. Với dầu Caltex Aquatex 3180 ............................................................... 55 3.3.2. Với dầu Emulsion .................................................................................. 57 3.4.3. Xác định chế độ bôi trơn – làm nguội hợp lý khi mài lỗ ....................... 60 3.5. Kết luận chương 3. ........................................................................................ 62 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ ĐẾN QUÁ TRÌNH MÀI LỖ ....................................... 63 v 4.1. Mục đích thí nghiệm ..................................................................................... 64 4.2. Thiết kế thí nghiệm ....................................................................................... 64 4.3. Ảnh hưởng của chế độ sửa đá đến nhám bề mặt và năng suất khi mài lỗ .... 69 4.3.1. Kết quả thực nghiệm .............................................................................. 69 4.3.2. Đánh giá kết quả thực nghiệm và tối ưu hóa đơn mục tiêu ................... 69 4.4. Tối ưu hóa đa mục tiêu.................................................................................. 79 4.5. Kết luận chương 4. ........................................................................................ 86 CHƯƠNG 5. XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ĐÁ MÀI KHI THAY ĐÁ TRONG GIA CÔNG MÀI LỖ.............................................................................................. 87 5.1. Phân tích chi phí cho quá trình mài lỗ .......................................................... 87 5.1.1. Tổng thời gian mài 01 chi tiết, tt ............................................................ 88 5.1.2. Chi phí cho máy Cm,h ............................................................................. 90 5.1.3. Chi phí cho con người và chi phí gián tiếp Cwa,h ................................... 90 5.1.4. Chi phí cho đá mài Cgw,p ........................................................................ 90 5.2. Ảnh hưởng của các thông số đến chi phí của quá trình mài lỗ ..................... 91 5.2.1. Mức độ ảnh hưởng ................................................................................. 93 5.2.2. Đặc điểm ảnh hưởng .............................................................................. 94 5.3. Đường kính thay đá hợp lý............................................................................ 96 5.3.1. Xác định đường kính thay đá hợp lý ..................................................... 96 5.3.2. Ảnh hưởng của các thông số đến đường kính thay đá hợp lý ............... 97 5.3.3. Mô hình hồi quy xác định đường kính đá mài khi thay hợp lý ........... 101 5.4. Kết luận chương 5 ....................................................................................... 102 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN.............. 104 Kết luận chung ................................................................................................... 104 Hướng nghiên cứu tiếp theo. .............................................................................. 105 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI ................................................................................................................................ 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 108 vi DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT Ký hiệu ANOVA Ý nghĩa Đơn vị Phân tích phương sai (Analysis of Variance) BTLN Bôi trơn làm nguội CCD Dạng kế hoạch hỗn hợp tâm xoay (Central Composite Design) MSD Tổng bình phương trung bình của giá trị đo LL Lưu lượng dung dịch NĐ Nồng độ dung dịch Stiff Độ cứng vững trục mang đá S/N Tỷ số tín hiệu nhiễu (Signal-to-noise) lít/phút % DANH MỤC KÝ HIỆU CHÍNH Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị Amt Diện tích mà máy chiếm chỗ m2 ae,tot lượng dư gia công mm az Chiều dày lớp cắt khi mài mm aed Tổng chiều sâu sửa đá mm Đoạn chạy vượt quá khi mài mm Bgw Chiều rộng đá mài mm Cm,h chi phí cho máy theo giờ VNĐ/h Cwa,h chi phí cho con người, quản lý theo giờ VNĐ/h Cmt,h Chi phí cho máy, quản lý, con người theo giờ VNĐ/h Cgw Giá thành viên đá mài VNĐ/h Cgw,p Chi phí cho đá mài tính cho một chi tiết VNĐ/h Cmt,p Chi phí cho máy, quản lý, con người theo chi tiết VNĐ/h Cmc,y chi phí hệ thống gia công hàng năm VNĐ/năm Cin,y Chi phí trả lãi ngân hàng hàng năm VNĐ/năm Cro,y Chi phí cho nhà xưởng hàng năm VNĐ/năm Cma,y Chi phí duy tu bảo dưỡng hàng năm VNĐ/năm a vii Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị Cen,y Chi phí cho năng lượng (điện) hàng năm VNĐ/năm Cen giá điện VNĐ/kWh Cmc Chi phí mua hệ thống gia công Csqm Chi phí nhà xưởng cho 1m2 trong 1 năm CK Số lần sửa đá siêu tinh VNĐ VNĐ/m2năm D Đường kính trục mang đá mm D0 Đường kính đá mài ban đầu mm De Đường kính đá mài khi thay mm Dtd Đường kính tương đương của đá mài mm Dgw Đường kính đá mài mm dw Đường kính chi tiết mm dw0 Đường kính chi tiết trước gia công mm dwe Đường kính chi tiết sau gia công mm N/mm2 E Modul đàn hồi của vật liệu làm trục mang đá fa Lượng chạy dao dọc mm/phút fr Lượng chạy dao hướng kính mm/htđ k Số nhân tố khảo sát nghiên cứu thực nghiệm L Chiều dài trục mang đá mm lk Chiều dài cung tiếp xúc mm lw Chiều dài chi tiết mm MRR Năng suất của nguyên công mài Nd Số chi tiết mài được sau 1 lần sửa đá Nw Số chi tiết mài được của 1 viên đá nsđ Số lượt sửa đá nthô, ntinh Số lần sửa đá thô, sửa đá tinh mm3/s mm nw Tốc độ quay của chi tiết vòng/phút nđ Tốc độ quay của đá mài vòng/phút nht Tốc độ quay chuyển động hành tinh vòng/phút Px Lực dọc trục N viii Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị Py Lực pháp tuyến N Pz Lực tiếp tuyến N Ptot Công suất tổng thể của hệ thống gia công kWh Độ mòn đá mg/m Qw Năng suất bóc tách vật liệu mm3/s Rld Tỷ số lw/dw Ra Nhám bề mặt m rs Bán kính lưỡi cắt mm Ssđ Lượng chạy dao sửa đá Srg Cấp độ nhám t Chiều sâu cắt mm tsđ Chiều sâu sửa đá mm Chiều sâu sửa đá thô, sửa đá tinh mm tw Tuổi bền phút tt Tổng thờ gian mài một chi tiết giờ td Thời gian sửa đá giờ td,p Thời gian sửa đá tính cho mài một chi tiết giờ tcw Thời gian thay đá giờ tcw,p Thời gian thay đá tính cho mài một chí tiết giờ tc Thời gian cơ bản khi mài giờ tL Thời gian thay chi tiết giờ ts Thời gian mài hết hoa lửa giờ tg Cấp chính xác chi tiết q tthô, ttinh mm/phút Tuse Thời gian sửa dụng máy giờ/năm Ttot Số năm khấu hao máy năm U Độ mòn đá m Vct Vận tốc chi tiết Vđ Vận tốc cắt m/s Vm Thể tích vật liệu bị bóc đi mm3 mm/phút ix Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị Vm Thể tích kim loại bị bóc tách mm3 wpd Lượng mòn đá mài sau mỗi chu kỳ tuổi bền mm α Góc sau độ  Tỷ số giữa đường kính đá mài khi thay chia cho đường kính đá mài ban đầu  Tỷ số giữa đường kính lỗ chia cho đường kính đá mài ban đầu x DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ mài lỗ có tâm ................................................................................... 5 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý mài tròn trong vô tâm ..................................................... 5 Hình 1.3. Kết cấu trục mang đá của đá mài lỗ ........................................................... 6 Hình 1.4. Kết cấu gắn đá mài với trục mang đá ......................................................... 7 Hình 1.5. Các lựa chọn cho quá trình gia công tinh bề mặt lỗ .................................. 8 Hình 1.6. Chiều dài cung tiếp xúc của các phương pháp mài .................................. 10 Hình 1.7. Hình dạng hạt mài và phân tích lưỡi cắt................................................... 12 Hình 1.8. Quá trình tách phoi của hạt mài ............................................................... 12 Hình 1.9. Quá trình tạo phoi khi mài ....................................................................... 13 Hình 1.10. Lực cắt tác dụng lên hạt mài .................................................................. 14 Hình 1.11. Quan hệ Py – Pz ..................................................................................... 16 Hình 1.12. Các dạng của đá mài .............................................................................. 16 Hình 1.13. Các trạng thái mòn của đá mài .............................................................. 17 Hình 1.14. Sự biến đổi của lượng mòn, dạng mòn theo thời gian gia công ............ 17 Hình 1.15: Quá trình mòn của đá ............................................................................. 18 Hình 1.16. Sự hình thành độ nhám bề mặt khi mài .................................................. 20 Hình 1.17. Biên dạng của đá mài. ............................................................................ 23 Hình 1.18. Mô hình hóa quá trình mài .................................................................... 24 Hình 1.19. Hai dạng vòi phun dung dịch BTLN ..................................................... 25 Hình 1.20. Vị trí của vòi phun trong mài lỗ ............................................................ 25 Hình 1.21. Hệ thống BTLN của Nadolny ................................................................ 26 Hình 1.22. Ảnh hưởng của loại dung dịch BTLN và áp suất BTLN đến độ nhám bề mặt mài .................................................................................................................... 26 Hình 1.23. Độ nhám bề mặt gia công khi mài lỗ 24,4 .......................................... 27 Hình 1.24. Lực mài (Py) khi bôi trơn tối thiểu có chất phụ gia vật liệu nano ......... 28 Hình 1.25. Độ nhám bề mặt (Ra) khi làm nguội tối thiểu có chất phụ gia nano ..... 28 Hình 1.26. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhám bề mặt mài ................ 28 Hình 1.27. Du ̣ng cu ̣ sửa đá kim cương ..................................................................... 30 xi Hình 1.28. Biểu đồ Schmitt mô tả ảnh hưởng của tốc độ bóc tách và lượng tiến dao khi mài lỗ đến nhám bề mặt .................................................................................... 30 Hình 1.29. Ảnh bề mặt của đá mài CBN trước (phải) và sau (trái) sửa đá ............. 31 Hình 1.30. Cách gá mũi sửa đá kim cương mô ̣t ha ̣t và ảnh hưởng tới ..................... 31 độ nhám bề mặt ........................................................................................................ 31 Hình 1.31: Sơ đồ thí nghiệm giám sát quá trình mài lỗ .......................................... 34 Hình 1.32. Phương pháp mài lỗ chạy dao dọc một lần chạy dao (single-pass) ...... 35 Hình 1.33. Biểu đồ chi phí cho quá trình mài ......................................................... 39 Hình 2.1. Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm ................................................................. 43 Hình 2.2. Mô hình nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ ..................................... 46 Hình 2.3. Quan hệ giữa thời gian làm việc của đá mài với chi phí mài ................... 47 Hin ̀ h 2.4 Phôi thí nghiệm thép 90CrSi ..................................................................... 48 Hình 2.5. Hình ảnh máy đo nhám Mitutoyo SV-3100 ............................................. 48 Hình 2.6. Kính hiển vi kỹ thuật số Keyence VHX-6000 ......................................... 49 Hình 2.7: Đá mài ...................................................................................................... 49 Hin ̀ h 2.8: Mũi sửa đá kim cương .............................................................................. 50 Hình 3.1. Ảnh hưởng của các thông số BTLN tới các tham số và kết quả của quá trình mài .................................................................................................................... 51 Hình 3.2. Sơ đồ thí nghiệm....................................................................................... 52 Hình 3.3. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm .................................................................. 53 Hình 3.4. Phân tích kết quả thí nghiệm khi sử dụng dung dịch Caltex Aquatex 3180 .................................................................................................................................. 56 Hình 3.5. Đồ thị bề mặt chỉ tiêu tối ưu hóa khi sử dụng dầu Caltex Aquatex 3180 57 Hình 3.6. Phân tích kết quả thí nghiệm khi sử dụng dung dịch Emulsion ............... 59 Hình 3.7. Đồ thị bề mặt chỉ tiêu khi tối ưu hóa sử dụng dung dịch Emulsion ......... 59 Hình 3.8. Số liệu kết quả tối ưu hóa sử dụng dung dịch Aquatex 3180 ................... 60 Hình 3.9. Đồ thị tối ưu hóa sử dụng dung dịch Aquatex 3180 ................................ 61 Hình 3.10. Số liệu kết quả tối ưu hóa sử dụng dung dịch Emulsion ........................ 61 Hình 3.11. Đồ thị tối ưu hóa sử dụng dung dịch Emulsion ...................................... 61 Hình 4.1. Mô hình quá trình sửa đá với phương pháp sửa đá tiếp xúc .................... 63 Hình 4.2. Sơ đồ thí nghiệm sửa đá ........................................................................... 64 Hình 4.3. Ảnh hưởng của các thông số đến Ra ........................................................ 71 xii Hình 4.4. Ảnh hưởng của các thông số đến tỷ số S/N của Ra.................................. 73 Hình 4.5. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ sửa đá đến MRR trung bình ..... 76 Hình 4.6. Topography đá mài ................................................................................... 77 Hình 4.7. Ảnh hưởng của các thông số đến tỷ số S/N của MRR ............................. 78 Hình 4.8. Đồ thị các ảnh hưởng chính của các thông số .......................................... 83 Hình 5.1. Đồ thị Pareto ảnh hưởng các thông số đến chi phí mài ............................ 93 Hình 5.2. Ảnh hưởng của các thông số đến chi phí gia công khi mài lỗ.................. 94 Hình 5.3. Mối quan hệ giữa đường kính đá mài khi thay với chi phí mài ............... 96 Hình 5.4. Khai báo biến thí nghiệm trong phần mềm Minitab ................................ 98 Hình 5.5. Đồ thị các ảnh hưởng chính đến De,op....................................................... 99 Hình 5.6. Đồ thị ảnh hưởng chung của các yếu tố ................................................. 100 Hình 5.7. Đồ thị Pareto của các yếu tố ảnh hưởng D0, Bw, aed, tg, Tw, Wpd, Cmh, Cwh, Cgw, Rld đến Dop ...................................................................................................... 100 xiii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Ưu điểm và nhược điểm của tiện cứng và mài khi gia công tinh bề mặt lỗ .................................................................................................................................... 9 Bảng 1.2. Chế đô ̣ sửa đá với đầ u sửa đá kim cương của Winter ............................. 32 Bảng 1.3. Chế độ sửa đá khi mài lỗ sử dụng mũi sửa đá một hạt ............................ 33 Bảng 2.1. Thành phần hóa học của mẫu thí nghiệm 90CrSi .................................... 48 Bảng 3.1. Giá trị mã hóa tại các điểm thí nghiệm .................................................... 54 Bảng 3.2. Kết quả đo nhám bề mặt khi sử dụng dung dịch BTLN Caltex Aquatex 3180 .......................................................................................................................... 55 Bảng 3.3. Kết quả đo nhám bề mặt khi sử dụng dung dịch BTLN Emulsion .......... 58 Bảng 4.1. Mức và các thông số đầu vào ................................................................... 66 Bảng 4.2. Sơ đồ thí nghiệm theo thiết kế Taguchi L18 ............................................ 67 Bảng 4.3. Đặc trưng đầu ra cho các thông số ........................................................... 68 Bảng 4.4. Kết quả trị số độ nhám Ra, MRR và tỷ số S/N của chỉ tiêu. ................... 69 Bảng 4.5. Thứ tự ảnh hưởng của các thông số đến trị số độ nhám trung bình ......... 70 Bảng 4.6. Phân tích ANOVA cho giá trị trị số độ nhám trung bình ........................ 70 Bảng 4.7. Thứ tự ảnh hưởng của các thông số đến tỷ số S/N của trị số độ nhám .... 72 Bảng 4.8. Phân tích ANOVA cho tỷ số S/N của trị số độ nhám .............................. 73 Bảng 4.9. Thứ tự ảnh hưởng của các thông số đến MRR ........................................ 75 Bảng 4.10. Phân tích ANOVA cho tỷ số S/N của MRR .......................................... 75 Bảng 4.11. Trị số S/N, giá trị chuẩn hóa S/N Zij và giá trị tuyệt đối của sai lệch j(k) .................................................................................................................................. 80 Bảng 4.12. Thể hiện trị số quan hệ xám ứng với các mục tiêu và trị số quan hệ xám trung bình .................................................................................................................. 81 Bảng 4.13. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến hệ số quan hệ xám ................ 82 Bảng 4.14. Kết quả phân tích hồi quy phương sai của trị số quan hệ xám .............. 84 Bảng 4.15. Kết quả so sánh giữa tính toán và thực nghiệm. .................................... 85 xiv Bảng 5.1 Các nhân tố ảnh hưởng tới chi phí mài và các giá trị của chúng .............. 92 Bảng 5.2. Số liệu thí nghiệm và kết quả tính chi phí mài ........................................ 92 Bảng 5.3 Phạm vi khảo sát các biến thực nghiệm .................................................... 97 Bảng 5.4. Giá trị các tham số khảo sát ảnh hưởng chi phí mài lỗ ............................ 98 Bảng 5.5. Kế hoạch thí nghiệm sàng lọc .................................................................. 98 Bảng 5.6. Thông tin mô hình hồi quy sau khi loại bỏ các yếu tố và tương tác có ảnh hưởng yếu đến De,op. ............................................................................................... 102 Bảng 5.7. Bảng hệ số hồi quy được triết xuất từ Minitab ...................................... 102 1 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Với sự tiến bộ vượt bậc của kỹ thuật và công nghệ, sản phẩm cơ khí ngày nay phải đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao về chất lượng và năng suất. Trên thực tế, đa số các nguyên công cuối trong quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí là nguyên công mài. Bởi vì, mài có thể gia công với chiều sâu cắt rất nhỏ, vận tốc cắt lớn Thêm vào đó, độ chính xác và độ nhám bề mặt sau khi mài đạt rất cao (cấp chính xác từ 5-7, nhám bề mặt từ 0,2-3,2 μm) [31, 35, 51]. Mài đặc biệt chiếm ưu thế khi gia công tinh các chi tiết đã tôi cứng, các chi tiết có độ cứng, độ bền cao vv… Chính nhờ các ưu điểm trên, mài được dùng rất phổ biến trong gia công cơ khí để gia công tinh và bán tinh. Mài chiếm khoảng 20-25% [35] tổng chi phí cho gia công cơ nói chung. Do đó, nâng cao hiệu quả cho quá trình mài – giảm chi phí cho gia công mài mà vẫn đảm bảo độ chính xác gia công là một trong các hướng nghiên cứu được nhiều nhà khoa học quan tâm. So với mài tròn ngoài và mài phẳng, quá trình mài lỗ (hay mài tròn trong) được thực hiện trong điều kiện khó khăn, phức tạp hơn. Thứ nhất, không gian gia công khi mài lỗ bị giới hạn bởi kích thước của chi tiết, đặc biệt khi mài lỗ nên dung dịch bôi trơn - làm nguội (BTLN) khó tiếp cận vùng cắt nên việc thoát phoi và làm nguội khó khăn. Thứ hai, đường kính đá mài nhỏ nên đường kính trục mang đá nhỏ. Điều đó làm giảm độ cứng vững của trục mang đá mài, giảm vận tốc cắt và dẫn đến giảm năng suất mài. Cũng do những khó khăn về điều kiện kỹ thuật như vậy nên việc nghiên cứu quá trình mài lỗ cũng gặp nhiều khó khăn hơn. Do đó, mài lỗ ít được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu hơn mài tròn ngoài hay mài phẳng. Để nâng cao hiệu quả cho quá trình mài lỗ, nhiều giải pháp được đề xuất nhằm cải thiện các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của quá trình như: sử dụng những loại đá mài cao cấp (đá mài kim cương, đá mài CBN), mài cao tốc (tăng vận tốc cắt), tối ưu hóa thông số quá trình (chế độ cắt, bôi trơn – làm nguội, sửa đá) và cải thiện điều kiện bôi trơn – làm nguội. Trong đó, tối ưu hóa thông số quá trình mài được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu vì nó vừa có thể cải thiện rõ rệt chỉ tiêu về kỹ thuật đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả về kinh tế. 2 Trên thực tế, việc sử dụng dung dịch bôi trơn – làm nguội là biện pháp hiệu quả nhằm làm giảm nhiệt, giảm mòn đá khi mài. Qua đó, năng suất và chất lượng của quá trình mài được cải thiện [51]. Thêm vào đó, nghiên cứu trong [5] cho thấy chế độ sửa đá có ảnh hưởng nhiều đến topography của đá và qua đó ảnh hưởng đến khả năng cắt của nó. Trong gia công mài, vận tốc cắt của đá là nhân tố rất quan trọng quyết định đến năng suất [31, 34, 35, 51] và giá thành quá trình gia công. Bên cạnh đó, đường kính đá mài khi thay (hay tuổi thọ của đá mài) là nhân tố liên quan trực tiếp vận tốc cắt của đá. Do đó, nó là nhân tố ảnh hưởng lớn tới chất lượng và năng suất mài. Với các trường hợp máy mài có tốc độ trục đá không thay đổi được, khi đá mài còn mới, đá có đường kính lớn nên vận tốc mài lớn sẽ cho năng suất mài và chất lượng cao. Khi mòn, đường kính của đá mài giảm, vận tốc cắt giảm nên sẽ làm giảm chất lượng và năng suất của quá trình mài. Vì vậy, sẽ tồn tại một giá trị đường kính đá mài khi thay tối ưu (hay tuổi thọ tối ưu của đá). Cho đến nay chưa có nghiên cứu nào đề cập đến tuổi thọ (hay đường kính khi thay) tối ưu của đá mài khi mài lỗ. Thép 90CrSi là thép hợp kim dụng cụ có độ bền cơ học và tính chịu mài mòn cao, thường được dùng để chế tạo khuôn, dụng cụ cắt có tốc độ cắt thấp và các chi tiết đòi hỏi tuổi bền cao, có khả năng chịu mài mòn. Các cơ sở sản xuất chế tạo vật tư cho máy của ngành dược ở miền Bắc nước ta thường sử dụng thép 90CrSi để chế tạo các chi tiết đặc biệt là chày, cối dập thuốc. Công nghệ mài lỗ được áp dụng gia công tinh lần cuối bề mặt lỗ cối dập thuốc viên nén. Mặc dù vậy, chất lượng bề mặt cũng như năng suất của quá trình gia công còn chưa cao. Do vậy, những kết quả nghiên cứu trong đề tài sẽ góp phần cung cấp những lời khuyên hợp lý nhằm nâng cao hiệu quá trình gia công mài lỗ ở những cơ sở này. Từ phân tích nêu trên ta thấy có thể nâng cao hiệu quả của quá trình mài (tăng năng suất hay giảm chi phí mài) bằng việc thực hiện 3 giải pháp sau: +) Xác định chế độ bôi trơn làm nguội hợp lý; +) Xác định chế độ sửa đá hợp lý; +) Xác định đường kính tối ưu khi thay đá hay tuổi thọ tối ưu của đá mài; Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên đây là định hướng cho việc chọn đề tài “Nghiên cứu chế độ công nghệ sửa đá, bôi trơn – làm nguội và xác định đường kính đá mài tối ưu khi thay đá để nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ” 3 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là công nghệ mài lỗ, với đối tượng thực nghiệm là thép 90CrSi qua tôi. Mục tiêu nghiên cứu - Giảm chi phí gia công, cải thiện độ nhám của bề mặt chi tiết gia công và nâng cao năng suất mài. - Bằng nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, xác định chế độ bôi trơn làm nguội, chế độ sửa đá hợp lý và đường kính thay đá mài hợp lý nhằm đạt nhám bề mặt gia công nhỏ nhất, năng suất gia công cao nhất và chi phí mài nhỏ nhất góp phần nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ chi tiết từ thép 90CrSi đã qua tôi. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tập trung nghiên cứu công nghệ mài lỗ chạy dao dọc với vật liệu thép 90CrSi qua tôi. Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng và xác định chế độ bôi trơn – làm nguội hợp lý, chế độ sửa đá hợp lý và đường kính đá mài khi thay hợp lý để cải thiện độ nhám bề mặt, giảm chi phí quá trình mài lỗ. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu kế hợp lý thuyết với thực nghiệm Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích và tổng hợp cơ sở lý thuyết của công nghệ mài lỗ, lý thuyết tính toán chi phí mài. Nghiên cứu thực nghiệm: thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số cũng như xác định các thông số hợp lý của chế độ bôi trơn làm nguội (BTLN), sửa đá và đường kính đá khi thay trong gia công mài lỗ. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan quá trình mài lỗ. Nghiên cứu ảnh hưởng của loại, chế độ BTLN, chế độ sửa đá đến nhám bề mặt, năng suất mài. Nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán chi phí gia công quá trình mài lỗ và ảnh hưởng của các nhân tố đến chi phí mài. Nghiên cứu xác định đường kính đá mài khi thay đá trong gia công mài lỗ (tuổi thọ hợp lý của đá mài). 4 Những đóng góp mới Đã phân tích chi phí của nguyên công mài lỗ và nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đến chi phí gia công. Xây dựng mô hình xác định đường kính đá mài khi thay hợp lý (tuổi thọ hợp lý) trong gia công mài lỗ và ảnh hưởng của các thông số đến đường kính đá mài khi thay. Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng, xác định chế độ bôi trơn – làm nguội, chế độ sửa đá với mài lỗ thép 90CrSi. Cấu trúc của luận án Luận án gồm các phần: Mở đầu, 5 chương, kết luận và phần phụ lục Chương 1: Tổng quan về mài lỗ. Chương 2: Mô hình nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ và xây dựng hệ thống thí nghiệm. Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của chế độ bôi trơn – làm nguội đến quá trình mài lỗ. Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của chế độ sửa đá đến quá trình mài lỗ Chương 5: Xác định đường kính đá mài khi thay đá trong gia công mài lỗ. Ý nghĩa của đề tài Ý nghĩa khoa học Nội dung luận án làm rõ ảnh hưởng của các yếu tố của chế độ BTLN, chế độ sửa đá đến độ nhám bề mặt và năng suất khi mài lỗ thép 90CrSi. Xây dựng mô hình xác định chi phí quá trình mài lỗ, đề xuất công thức xác định đường kính đá mài tối ưu khi thay đá. Đề tài đóng góp kết quả vào hướng nghiên cứu về mài lỗ, chi phí mài đang dành được sự quan tâm của các nhà khoa học. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu xác định các biện pháp nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ nhằm nâng cao năng suất, giảm giá thành khi mài lỗ chi tiết thép 90CrSi. Kết quả này có thể áp dụng vào quá trình gia công trong thực tế để gia công các sản phẩm lỗ cối dập thuốc viên nén. 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÀI LỖ 1.1. Giới thiệu về mài lỗ. 1.1.1. Các sơ đồ mài lỗ Khi mài lỗ, với đường kính lỗ nhỏ hơn 50mm, đường kính đá mài bằng 0,7÷ 0,9 đường kính lỗ cần mài [35]. Mài lỗ cũng được tiến hành bằng hai phương pháp đó là mài có tâm (hình 1.1) và mài vô tâm (hình 1.2). Cụ thể trong nghiên cứu này ta sẽ sử dụng phương pháp mài có tâm là phương pháp thường dùng và phổ biến hơn cả. Sn n ht Sn n® nw n ct n® Sd Sd a) b) Hình 1.1. Sơ đồ mài lỗ có tâm [1] nw Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý mài tròn trong vô tâm [1] Mài lỗ có tâm có hai cách gá đặt chi tiết. - Cách thứ nhất: chi tiết được kẹp chặt trên mâm cặp và quay tròn với tốc độ nw (hình 1.1a). Trục đá quay (nđ) và thực hiện cả chuyển động chạy dao dọc hoặc chuyển động chạy dao ngang (fa, fr). Phương pháp này thường dùng để mài chi tiết nhỏ, các mặt tròn xoay, các vật dễ gá trên mâm cặp. 6 - Cách thứ hai: chi tiết đươc gá cố định trên bàn máy (hình 1.1b). Trục mang đá thực hiện tất cả các chuyển động gồm: chuyển động quay tròn của đá (nđ), chuyển động chạy dao dọc hoặc ngang (fa, fr) và chuyển động hành tinh (nht) của đá xung quanh tâm lỗ gia công để cắt hết bề mặt chu vi lỗ. Thực chất chuyển động hành tinh của đá ở cách thứ hai là thay cho chuyển động quay tròn của chi tiết gia công của cách thứ nhất. Cách thứ hai này thuận tiện khi gia công các chi tiết lớn như thân động cơ, các loại hộp, các chi tiết cồng kềnh. 1.1.2. Trục mang đá của đá mài lỗ Trục mang đá (quill) có công dụng đưa đá mài tiếp cận đến vùng cắt. Do trục chính của máy mài thường được thiết kế theo tiêu chuẩn nên trục mang đá có độ tùy biến cao và giúp mở rộng công năng của trục chính. Kết cấu trục mang đá ảnh hưởng nhiều đến độ cứng vững của đá mài, do đó làm ảnh hưởng tới độ chính xác gia công. a. Kết cấu trục mang đá gắn với trục chính Có 2 phương pháp gắn trục mang đá với trục chính và phụ thuộc vào thiết kế trục chính gồm: gắn bằng ren và gắn bằng bề mặt côn (hình 1.3). Loại trục mang đá gắn với trục chính bằng ren là loại rất phổ biến nhất. Hình 1.3. Kết cấu trục mang đá của đá mài lỗ b. Kết cấu gắn đá mài với trục mang đá Có 3 phương pháp gắn đá mài với trục mang đá 7 - Gắn bằng keo (hình 1.4a): phương pháp này thường được sử dụng với đá mài có đường kính nhỏ và giúp cho trục mang đá có độ cứng vững cao. Tuy nhiên, việc thay đá có nhiều khó khăn. a) Gắn đá mài bằng keo b) Gắn đá mài bằng ren c) gắn đá mài bằng collet Hình 1.4. Kết cấu gắn đá mài với trục mang đá - Gắn bằng ren (hình 1.4b): phương pháp này được sử dụng cho sản xuất loạt lớn và đòi hỏi phải thay đá thường xuyên. - Gắn bằng collet (hình 1.4c): phương pháp này được sử dụng khi đá mài có kích thước khác nhau và giúp thay đổi đá mài dễ dàng. c. Các thông số của trục mang đá - Chiều dài trục mang đá càng nhỏ thì độ cứng vững của đá càng. Tuy nhiên, chiều dài trục mang đá cần đủ dài để mài hết chiều dài lỗ. 8 - Đường kính trục mang đá: đường kính trục mang đá nên chọn lớn nhất có thể để vừa đảm bảo độ cứng vừa tăng được tuổi thọ của đá mài. - Độ cứng vững: độ cứng vững hợp lý được xác định [44] như sau: E .D 4 Stiff  3 L Trong đó: (1.1) E – Modul đàn hồi của vật liệu làm trục mang đá (N/mm2) D – Đường kính trục mang đá (mm) L – Chiều dài trục mang đá (mm). 1.1.3. Vị trí và vai trò của nguyên công mài lỗ trong quy trình công nghệ Trong quy trình công nghệ gia công các chi tiết lỗ sau nhiệt luyện, mài và tiện cứng là hai phương pháp gia công thường được các nhà công nghệ lựa chọn. Việc lựa chọn phương pháp gia công nào phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm cũng như ưu nhược điểm của từng phương pháp gia công. Trong hình 1.5, các bước gia công thô, gia công tinh khi gia công bề mặt lỗ có thể lựa chọn tiện hoặc mài. Thông thường tiện được lựa chọn cho gia công thô còn phương pháp mài được chọn là phương pháp gia công tinh lần cuối [17]. . Gia công thô Gia công tinh Tiện Mài Mài Mài Tiện Tiện cứng Hình 1.5. Các lựa chọn cho quá trình gia công tinh bề mặt lỗ [17] Với mỗi phương pháp gia công tinh lần cuối (mài lỗ, tiện cứng) đều có những ưu nhược điểm khác nhau. Không có phương pháp nào là có lợi thế tuyệt đối, thay vào đó mỗi phương pháp sẽ có những ưu nhược điểm bổ trợ cho nhau như bảng 1.1. Ưu điểm nổi trội của phương pháp mài đó là chi phí cho gia công rẻ mà vẫn đảm bảo tốt các yêu cầu kỹ thuật.