Luận văn Nghiên cứu xác định đường kính tối ưu của đá khi thay khi mài lỗ bằng phương pháp thực nghiệm

C qua tôi. 1.1.5. Tuổi bền của đá 1.1.5.1. Giới thiệu về đá mài. Đá mài là một vật thể xốp do hạt mài và chất dính kết cấu tạo thành. Hạt mài đóng vai trò như những lưỡi cắt, còn chất dính kết có chức năng tạo hình dáng cho đá mài. . Đá mài được đặc trưng bởi các thông số sau: - vật liệu hạt mài 13 - cỡ hạt, độ cứng, chất dính kết - cấu trúc, hình dạng kích thước của đá mài. *) Vật liệu hạt mài: Vật liệu dùng làm đá mài được chế từ các loại quặng như ôxit nhôm, kim cương tự nhiên và kim cương nhân tạo hoặc bằng các hợp chất hóa học kết hợp giữa silic và cacbon tạo thành dạng cacbua, bo cacbit,Những vật liệu này phần lớn được thiêu kết trong lò ở nhiệt độ cao rồi nghiền nát thành hạt mài, bột mài có kích thước hat khác nhau. - Tùy theo tính chất gia công mà chọn cỡ hạt mài cho phù hợp, các hạt mài có độ cứng rất cao, có thể cắt gọt được kim loại, hợp kim dễ dàng nhưng rất giòn, dễ vỡ. - Hạt mài nhân tạo được dùng phổ biến hiện nay vì kích thước hạt, hình dáng và dộ tinh khiết của hạt được kiểm định chặt chẽ, đảm bảo tính đồng đều về kích thước và hình dáng theo yêu cầu. Các loại hạt mài nhân tạo thường dùng là: + Ôxit nhôm: 75% đá mài được chế tạo từ loại vật liệu này, dùng để mà các loại vật liệu có độ bền nén cao. Ôxít nhôm được chế tạo với nhiều độ tinh khiết cho các ứng dụng khác nhau mức độ tinh khiết càng cao thì độ cứng, độ giòn càng tăng, hạt càng dễ vỡ. Ôxít nhôm có độ tinh khiết 94,5% có mầu xám trắng dùng để mài các vật liệu cứng, bền. Ôxít nhôm có độ tinh khiết 94,5% có mầu xám giòn hơn dùng chế tạo đá để mài vô tâm, mài tròn trên các vật liệu thép và gang. Nếu có độ tinh khiết cao hơn dùng để mài các loại thép cứng, thép qua tôi. +Silic cacbua (SiC): là một hợp chất hóa học kết hợp giữa Silic và cacbon được kết tinh nhân tạo bằng cách thiêu kết trong lò có nhiệt độ 2100oC ÷2200oC. Tùy theo thành phần mà có các loại sau: SiC màu xanh chứa khoảng 97% SiC có ít tạp chất, độ cứng cao và giòn dùng để gia công các vật liệu có độ cứng cao và hợp kim cứng; SiC màu đen đến xám chứa 95÷ 97% tinh thể SiC dùng để gia công các loại vật liệu giòn và mềm như đồng thay, kẽm, gang, nhôm,.. Cac bit silic có một số tính chất sau: 14 + Độ cứng rất cao (chỉ sau kim cương, enbo và cacbit bo) + Do có hình dánh sắc nhọn nên khả năng cắt của nó rất cao + Độ chịu nhiệt rất cao, có thể chịu được nhiệt độ 2050oF + Cacbit bo: Là một hợp chất của Bo với cacbon BrC. Được thiêu kết trong lò điện nhiệt độ 2000 oC.÷ 2350 oC. Nó có độ cứng rất cao, tính năng cắt gọt tốt, chịu mài mòn và trơ hóa học. Cacbit bo được sản xuất với hàm lượng 87 – 94% BrC. Dùng để gia công thép hợp kim, họp kim cứng và vật liệu khó gia công. + Boron Nitride thể lập phương (CBN): Là hạt mài có độ cứng rất cao, gấp đôi ôxit nhôm chịu được nhiệt độ mài đến 25000 F, dùng để cắt nguội và chịu được hóa chất đối với tất cả các muối vô cơ và hợp chất hữu cơ. Đá mài CBN đòi hỏi chỉnh sửa ít, có tác động cắt nhanh nên ít bị mòn đá, thời gian sử dụng đá dài hơn so với các loại đá khác, chất lượng bề mặt gia công đạt tốt hơn. + Kim cương nhân tạo: tính năng cắt gọt rất tốt, độ dẫn nhiệt gấp 9 lần so với SiC. Kim cương dùng để sửa đá, dùng trong các nguyên công tinh cần độ bóng cao từ cấp 10 ÷ 14, dùng để mài nghiền, mài khôn, mài siêu tinh, mài các hợp kim cứng. * Chất dính kết của đá mài: Chất kết dính có tác dụng liên kết các hạt mài riêng lẻ để tạo hình khối cho đá mài, tính năng của chất kết dính quyết định đến độ cứng và sức bền của đá. Trong công nghiệp sử dụng rộng rãi các loại: Gốm, Bakelit, Vucanit +Chất dính kết Gốm: (kí hiệu G), khoảng 70% đá mài được chế tạo từ những dính kết này. Chất dính kết gốm có độ bền, độ chịu nhiệt và độ cứng cao, chịu ăn mòn và chịu ẩm tốt, bền vững về mặt hóa học. Nhược điểm của chất dính kết gốm là giòn nên không dùng chế tạo đá mài có chiều dày nhỏ và chịu tải trọng va đập. Đá mài dùng chất dính kết gốm có thể mài với các dung dịch trơn nguội khác nhau,đạt được tốc độ mài đến 65m/s. 15 +Chất dính kết Vunkanit: (kí hiệu V). Là chất dính kết hữu cơ được chế tạo bằng cách lưu hóa cao su đã được làm mềm bằng benzen với lưu huỳnh. Bao gồm 70% cao su và 30% lưu huỳnh. Đá mài chế tạo bằng chất dính kết Vunkanit có độ bền mòn cao, thường dùng làm đá dẫn của các máy mài vô tâm. Đá mài Vunkanit cho phép dùng với tốc độ rất cao có thể tới 75m/s. Thường dùng để cắt đứt, mài rãnh, mài rãnh then, mài định hình chính xác lần cuối. Nhược điểm của đá mài Vunkanit là độ xốp thấp, chịu nhiệt kém. Ở nhiệt độ 1500C đá bắt đầu bị mềm. Khi nhiệt độ lớn hơn 2000C đá dễ bị cháy. Vì vậy khi cắt, bắt buộc phải tưới dung dịch trơn nguội không có kiềm tính. +Chất dính kết Bakelit: (kí hiệu B). Bakelit là loại nhựa tổng hợp được chế tạo từ axit cacbonic và phoocmalin. Đá mài có chất kết dính B có tính đàn hồi cao, chịu nhiệt, độ xốp hơn đá mài bằng chất kết dính V nhưng thấp hơn đá mài có chất kết dính, tốc độ mài đạt 35÷70m/s. Nó bị phá hủy bởi dung dịch kiềm có độ pH ≥ 8. Độ bền cơ học và lực giữa hạt mài giảm nhanh ở nhiệt độ 2000C. Vì vậy chỉ được phép làm việc khi có tưới dung dịch trơn nguội với độ kiềm nhỏ hơn 1,5%. Đá mài dùng chất dính kết loại này được sử dụng rộng rãi ở tốc độ cao để mài rãnh, mài sắc dao đã tôi, mài bề mặt định hình, mài ta rô, bàn ren, mũi doa, *) Độ cứng của hạt mài: Là khả năng giữ lại trong chất kết dính những hạt ở mặt ngoài của đá khi có lực tác dụng vào (khi đá tham gia cắt gọt). Tiêu chuẩn TCVN11-64 quy định bảng phân chia độ cứng (bảng 1.1) Độ cứng của dụng cụ Nhóm M- mềm M1, M2, M3 MV – mềm vừa MV1, MV2 TB- trung bình TB1, TB2 CV – cứng vừa CV1, CV2, CV3 C – cứng C1, C2 RC – rất cứng RC1, RC2 ĐC- đặc biết cứng ĐC1, ĐC2 Bảng 1.1. Bảng chia độ cứng tiêu chuẩn TCVN11-64 16 Độ cứng của đá mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước hạt mài, chất kết dính và tỉ lệ của nó, lực ép khi chế tạo đá mài, Độ cứng đá mài ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng của sản phẩm mài. Do đó theo nguyên tắc chung khuyên dùng chọn độ cứng đá mài: khi mài vật liệu cứng nên chọn đá mềm và ngược lại khi mài vật liệu mềm nên chọn đá cứng. *) Cỡ hạt của đá mài: Cỡ hạt còn gọi là độ hạt được biểu thị bằng kích thước thực tế của hạt mài. Tính năng cắt của đá mài phụ thuộc vào kính thước của hạt. Khi mài thô, dùng hạt mài có kích thước lớn. Khi mài tinh dùng cỡ hạt nhỏ. Khi gia công vật liệu mềm và dẻo, để giảm hiện tượng nhét phoi vào lỗ của bề mặt đã mài, nên dùng cỡ hạt nhỏ. Hạt mài được chia làm 4 nhóm: Nhóm độ hạt Độ hạt Phương pháp phân loại Hạt mài Bột mài Bột mài mịn Bột mài rất mịn 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32,25, 20, 16 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3 M63, M50, M40, M28,M20, M14 M10, M7, M5, M3, M1 Sàng Sàng Lắng đọng Lắng đọng Bảng 1.2. Bảng cỡ hạt đá mài *) Cấu trúc đá: Là cấu trúc bên trong của đá mài, là tỉ lệ về thể tích của hạt mài, chất dính kết, lỗ xốp. Các lỗ xốp dùng để chứa phoi khi đá mài chưa ra khỏi vùng gia công. Khi đá mài ra khỏi vùng gia công, phoi không được mắc kẹt trong lỗ xốp mà phải lập tức thoát ra nhanh chóng, nếu không khả năng cắt của đá sẽ giảm nhanh chóng, điều này giải thích tại sao khi mài các vật liệu dẻo, mềm thì tuổi bền của đá thường rất thấp 16. 17 Hình 1.11. Cấu trúc khác nhau của đá mài 16 a - Cấu trúc kín; b - Cấu trúc hở; c - Cấu trúc xốp 1.1.5.2. Mòn đá khi mài: Trong quá trình mài, lưỡi cắt trên các hạt mài sẽ bị mòn và cùn, hình dáng hình học của mặt cắt của đá mài sẽ bị biến dạng. Độ mòn của đá mài phụ thuộc vào chế độ mài, đặc tính đá, các điều kiện tiến hành quá trình mài và nhiều yếu tố khác nữa. Thời gian mài càng tăng, bể mặt làm việc của đá càng nhẵn hơn, các đỉnh nhọn của hạt mài sẽ bị cùn và tù nhiều hơn (hình 2.12 a ). Khả năng ăn sâu vào kim loại của các hạt mài càng khó khăn hơn, áp lực tác động lên hạt mài sẽ không ngừng tăng cho đến khi xuất hiện hiện tượng phá vỡ hat mài cục bộ (hình 2.12b ) và toàn phần (hình 2.12.c ) Hình 1.12. Các trạng thái mòn của đá mài16 Lúc này hình thành một lớp hạt cắt có các mặt cắt với các đỉnh nhọn mới, khả năng cắt của đá được phục hồi, gọi dó là hiện tượng tự mài sắc. 18 Độ bám của chất kết dính không cao cũng góp phần gây lên hiện tượng tương tự như mài sắc của đá vì sẽ làm cho các hạt mài đã bị cùn dễ dàng bứt hoàn toàn ra khỏi bề mặt làm việc tạo ra một lớp bề mặt làm việc với các hạt cắt mới có khả năng cắt cao hơn (hình 2.12d). Khi sử dụng đá mài có độ cứng cao và khi mài tinh hiện tượng tự mài sắc không xảy ra. Do vậy khi đá bị mòn nhám bề mặt tăng lên, xuất hiện các dao động, khả năng cắt của đá giảm đi rất nhanh ta buộc phải tiến hành sửa đá [16]. Quá trình mòn của đá mài chia làm 3 giai đoạn (hình 2.13) [17]: -Giai đoạn I: Giai đoạn mòn ban đầu. Trong giai đoạn này, thời gian mòn nhỏ nhưng độ mòn lớn. Nguyên nhân là do sau khi sửa đá các hạt mài có đỉnh sắc nhọn và nhiều hạt không bám chặt vào chất dính kết. Các hạt mài này sẽ bị mài mòn đỉnh nhọn nhanh chóng hoặc bị bật khỏi đá mài. - Giai đoạn II: giai đoạn mòn ổn định (còn gọi là mòn bình thường). Thời gian làm việc của đá được tính trong giai đoạn này. Độ mòn của đá trong giai đoạn này chủ yếu phụ thuộc vào tải trọng cơ nhiệt. - Giai đoạn III: Giai đoạn mòn khốc liệt. Khi này, các hạt đá mài đã bị mài mất các cạnh sắc và các lỗ rỗng trên bề mặt đá mài bị phoi và các sản phẩm của quá trình mòn lấp đầy. Đá mất khả năng cắt. Vì vậy, đến giai đoạn này cần tiến hành sửa đá. Hình 1.13: Quá trình mòn của đá [17] 19 1.1.5.3. Tuổi bền của đá Tuổi bền của đá mài là khoảng thời gian làm việc liên tục của đá giữa hai lần sửa đá. Để xác định tuổi bền của đá, có thể dùng các phương pháp đánh giá sau [18]: - Kinh nghiệm của người thợ: Theo phương pháp này, thời điểm sửa đá được quyết định bởi người thợ mài dựa trên đánh giá chủ quan và kinh nghiệm của họ khi quan sát các hiện tượng xảy ra khi mài (như âm thanh khi mài, các vết gia công, vết gằn, vết cháy trên bề mặt mài vv...). Phương pháp này không chính xác nhưng đơn giản, rẻ tiền nên thường dùng trong sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ. - Gia công các chi tiết thử nghiệm: Nội dung của phương pháp này là tiến hành gia công các chi tiết thử nghiệm và đo các thông số đánh giá chất lượng chi tiết như độ chính xác, độ nhám bề mặt (Ra, Rz) vv... Từ đó xác định tuổi bền của đá căn cứ vào giá trị cho phép của các thông số. Phương pháp này cho độ chính xác khá cao; việc thực hiện không quá phức tạp và tốn kém. Tuy nhiên, thời gian thực hiện khá lâu. - Thông qua lực hướng kính Py hoặc lực tiếp tuyến Pz: thời điểm sửa đá sẽ được xác định dựa trên sự tăng của lực Py hoặc Pz khi đá mòn. Phương pháp này cho kết quả khá chính xác. Tuy nhiên nó đòi hỏi chi phí cao và việc xây dựng quan hệ giữa lực Py hoặc Pz với các thông số khi mài khá phức tạp. - Thông qua năng suất cắt khi mài: theo phương pháp này, thời điểm sửa đá sẽ được quyết định bởi năng suất giới hạn khi mài (tốc độ bóc kim loại giới hạn). - Thông qua nhiệt cắt khi mài: theo phương pháp này, thời điểm sửa đá sẽ được quyết định khi theo dõi sự tăng lên của nhiệt cắt khi mài. Phương pháp này cho kết quả khá chính xác. Tuy nhiên nó khá phức tạp và đòi hỏi chi phí cao. - Thông qua rung động trong quá trình cắt: theo phương pháp này cần phải đo rung động của hệ thống công nghệ theo phương lực Py và quyết định thời điểm sửa đá dựa trên ảnh hưởng (tăng) đến rung động do đá mòn. Qua phân tích các phương pháp nêu trên, trong nghiên cứu này tác giả chọn phương pháp “Gia công các chi tiết thử nghiệm” với việc đo thông số độ nhám bề mặt Ra để xác định thời điểm sửa đá. 20 1.1.6. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình mài. Quá trình mài chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố đặc trưng khác nhau. Hình 1.10 dưới đây mô tả ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến quá trình mài và kết quả của quá trình mài. Hình 1.14. Mô hình hóa quá trình mài 14 1.2. Đặc điểm của mài lỗ Mài lỗ là phương pháp gia công tinh các bề mặt lỗ. Các lỗ sau khi mài có thể đạt cấp chính xác 6 ÷7; Ra = 3,2 ÷ 0,2 µm. Mài lỗ thường được dùng trong các trường hợp sau: - Mài các lỗ có độ cứng cao (đã qua tôi). - Mài các lỗ lớn, lỗ phi tiêu chuẩn, lỗ có kết cấu không thuận tiện để thực hiện phương pháp gia công khác và có yêu cầu chính xác cao. - Mài các lỗ cần sửa lại sai lệch vị trí tương quan của lỗ do các nguyên công trước để lại. 21 Mài lỗ có thề thực hiện trên các máy mài lỗ, máy mài tròn vạn năng, máy mài lỗ không tâm Khi mài lỗ để đảm bảo độ chính xác, chất lượng bề mặt gia công cũng như nâng cao năng suất, trục đá và đá mài cần chọn đủ lớn để đảm bảo độ cứng vững khi gia công. Đường kính đá thường chọn từ 0,7 ÷ 0,9 đường kính lỗ gia công. Hình 1.15. Chọn đường kính đá theo lỗ gia công 15 a,c,e) Không nên chọn; b,d,f ) Nên chọn Vì thế, không thể đạt được tốc độ mài bằng cách tăng đường kính đá mà phải tăng số vòng quay của trục mang đá, nhưng lúc này sẽ gặp nhiều trở ngại như lực quán tính ly tâm rất lớn, rung động và không an toàn. Tốc độ của đá không được vượt quá 35m/s. Do vậy, bề mặt lỗ gia công đạt độ bóng không cao (so với mài ngoài). - Mài lỗ có hai phương pháp: mài lỗ có tâm và mài lỗ không tâm (Cụ thể trong nghiên cứu này tác giả sẽ sử dụng phương pháp mài có tâm là phương pháp thường dùng và phổ biến hơn cả) - Mài lỗ có tâm: Có hai cách gá đặt chi tiết *) Cách thứ nhất: Chi tiết quay, thông thường cách này dùng gia công các chi tiết nhỏ dạng tròn xoay dễ gá trên mâm cặp như: đĩa, bạc, bánh răng,(hình 1.2.). Khi đó chiều quay của chi tiết ngược chiều với chuyển động quay của đá mài. 22 Hình 1.16. Mài lỗ với chi tiết quay15 *)Cách thứ hai: Chi tiết được gá cố định trên bàn máy, trục mang đá thực hiện tất cả các chuyển động: chuyển động quay tròn của đá cắt, chuyển động chạy dao và chuyển động hành tinh của đá xung quanh lỗ gia công. Hình 1.17. Mài lỗ trên máy mài hành tinh5 1.3. Kết luận chương 1. - Từ đặc điểm cơ bản và khả năng công nghệ của phương pháp mài có thể thấy mài có một vị trí quan trọng trong ngành cơ khí chính xác do khả năng gia công những vật liệu có độ cứng, độ bền cao, cho độ chính xác và độ bóng bề mặt cao. - Sơ đồ 1.14 cho thấy rằng để tăng năng suất và giảm giá thành mài cần phải xác định được các thông số đầu vào tối ưu. Đối với các máy mài vạn năng, khi đường kính đá giảm dần theo thời gian thì thì tốc độ cắt cũng sẽ giảm và dẫn đến năng suất hay hiệu quá quá trình mài giảm. Hay nói cách khác, đường kính đá mài khi thay (hay tuổi thọ của đá) cũng là nhân tố ảnh hưởng đến năng suất và giá thành của nguyên công mài. Do vậy, có thể nâng cao hiệu quả của quá trình mài (tăng năng suất, giảm giá thành quá trình mài) bằng cách xác định và sử dụng đường kính tối ưu của đá khi thay (hay tuổi thọ tối ưu của đá). Hướng nghiên cứu của đề tài này là tìm hiểu ảnh hưởng của đường kính đá khi thay đến giá thành mài khi mài lỗ thép 9XC qua tôi bằng thực nghiệm. 23 - Dựa vào đặc điểm của mài tròn trong, dựa vào điều kiện thực tế, tác giả chọn phương pháp mài lỗ có tâm (trên máy MACHT -70l ) chạy dao dọc để thực hiện thí nghiệm. - Khi mài, chất lượng bề mặt chi tiết gia công chịu tác động của nhiều yếu tố (chế độ cắt, chế độ sửa đá, độ hạt, lực cắt, nhiệt, nhiệt cắt, rung động.). Tuổi bền của đá sẽ được xác định thông qua chỉ số Ra khi gia công các chi tiết trong thí nghiệm. 24 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH MÀI LỖ 2.1. Tổng quan về tối ưu hóa sửa đá khi mài lỗ. Mòn là quá trình làm thay đổi kích thước, hình dạng và khả năng cắt của đá. Quá trình mòn đá mài là một quá trình cơ, lý, hóa rất phức tạp. Như đã phân tích trên, khi đá mòn sẽ ảnh hưởng rất lớn đến quá trình mài nó phản ánh trực tiếp lên chất lượng bề mặt và độ chính xác của chi tiết gia công. Nghiên cứu về mòn là nghiên cứu ảnh hưởng của tuổi bền đá đến chất lượng bề mặt chi tiết. Trong 21 nghiên cứu ảnh hưởng của sửa đá đến mài lỗ với hai loại đá thí nghiệm Corundum và tinh thể CBN đã chỉ ra rằng biểu đồ SCHMITT chính xác đối với đá mài đường kính nhỏ. Biểu đồ SCHMITT cũng chính xác khi tiến hành cả hai dạng sửa đá lên và xuống. Hình 2.1. Biểu đồ SCHMITT mô tả ảnh hưởng của tốc độ bóc tách và lượng tiến dao khi mài lỗ đến nhám bề mặt 2 Ngoài ra trong nghiên cứu 2,việc đo topography của đá mài CBN chỉ ra rằng đá mài sau sửa đá bị đóng các lỗ trống hình 2.2. Hình 2.2. Ảnh bề mặt của đá mài CBN trước (phải) và sau (trái) sửa đá 2 N h ám b ề m ặt s au g ia c ô n g R a (µ m ) 25 Do đó cần phải cắt đi một lượng vật liệu nhất định để mở các lỗ trống đó, điều này dẫn đến lực mài cao ngay sau khi sửa đá. Tuy nhiên lực mài sẽ giảm sau 1 lượng bóc tách nhất định. Hình 2.3. Mối quan hệ giữa lực cắt khi mài lỗ với thời gian gia công 2 Kết quả của nghiên cứu trong 2 đưa ra lời chỉ dẫn khi sử dụng đá mài tinh thể, chọn đá sắc hoặc sử dụng lượng chạy dao tương đối thấp sau khi sửa đá ở lúc bắt đầu quá trình được khuyên dùng, điều này làm mở các lỗ trống trên đá mài hoặc làm mới lại vật liệu kết dính. Hay như nghiên cứu trong nước gần đây nhất, Phạm Tuấn Hiệp sử dụng sơ đồ thí nghiệm thiết kế theo phương pháp Taguchi để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ sửa đá (Chiều sâu sửa đá thô, số lần sửa đá thô, chiều sâu sửa đá tinh, số lần sửa đá tinh, số lần chạy không, lượng chạy dao dọc sửa đá) đến độ nhám bề mặt chi tiết lỗ 25 vật liệu 9XC qua tôi 12. Tỉ lệ bước tiến dao N h ám b ề m ặt R a (µ m ) L ự c cắ t k h i m ài (N ) 26 Hình 2.4. Ảnh hưởng của các thông số đến độ nhám trung bình 12 Kết quả trong 12 cho thấy: - Số lần chạy không ảnh hưởng mạnh nhất đến nhám bề mặt. - Chiều sâu sửa thô đá là 0.025 mm cho nhám bề mặt nhỏ nhất so với chiều sâu sửa thô đá là 0.02 mm và 0.03 mm. - Số lần sửa thô càng tăng thì nhám bề mặt tăng theo. - Số lần sửa tinh càng tăng thì nhám bề mặt càng nhỏ. 2.2. Tổng quan về tối ưu hóa chế độ cắt khi mài lỗ. Chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác và năng suất khi mài, độ mòn và tuổi bền của đá mài. Do đó hiện nay chế độ cắt là đối tượng của rất nhiều các nghiên cứu trong và ngoài nước. Pereverzev P.P và các cộng sự 1 đã tiến hành nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của chu trình tự động mài lỗ. Nghiên cứu đề xuất một phương pháp tính toán tối ưu hóa chu trình mài lỗ: sử dụng phương pháp lập trình tự động dựa vào toán chính xác để thiết kế chu trình mài lỗ tối ưu. Phương pháp này có ưu điểm: + Không nhạy cảm với các mô hình toán học (tuyến tính khác biệt) của quá trình và các rằng buộc của hàm mục tiêu. + Cho phép tính toán bất kỳ rằng buộc công nghệ nào đối với hàm mục tiêu. 27 + Cung cấp các tham số tối ưu của chương trình điều khiển máy mài lỗ CNC. Kết quả của tối ưu hóa là: các giá trị tối ưu của lượng ăn dao hướng kính Srad và ăn dao dọc trục Vsoc ở tất cả các giai đoạn của chu trình, tối ưu hóa lượng dư trên các bước của chu trình, làm cho thời gian chu trình gia công nhỏ nhất. + Cho phép ta mở rộng số lượng các thông số tối ưu và thực hiện tối ưu nhiều biến trong không gian đa chiều Trong nghiên cứu của I. Inasaki 5 đã sử dụng các cảm biến công suất và cảm biến AE để thiết lập hệ thống giám sát nhằm tối ưu hóa quá trình mài lỗ: + Nhờ hệ thống giám sát công suất sẽ tính toán thời gian liên tục cũng như thời gian dừng của quá trình mài từ đó xác định tuổi bền của đá mài. Thêm vào đó, nghiên cứu cho thấy quá trình theo dõi sự tăng đột ngột của công suất mài sẽ phát hiện được hiện tượng cháy khi mài (hình 2.7) 5. Hình 2.5. Hiện tượng cháy khi mài phát hiện nhờ cảm biến công suất 5 + Cảm biến AE cùng với thiết bị ghép chất bôi trơn khi mài được sử dụng trong nghiên cứu này có thể phát hiện được sự rung nhiễu 28 Hình 2.6. Phổ tín hiệu công suất của cảm biến AE 5 Trong [20], Alief Regyan Wisnuadi và các đồng nghiệp đã kết hợp hai phương pháp Taguchi và PCR-TOPSIS để tối ưu hóa cho quá trình mài lỗ của vòng ngoài ổ bi. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng: + Điều kiện tối ưu đạt được kết hợp có mức trung bình cao nhất. Yếu tố A ở cấp 1(tỷ lệ tốc độ 36), hệ số B ở mức 2 (vị trí tốt 18 μm / s), và hệ số C ở mức 1 (phát ra 0,5 s) có lớn nhất giá trị trung bình so với các mức khác. Sử dụng phương pháp Taguchi và PCR-TOPSIS tạo ra thành phần chi tiết của vòng ngoài với độ nhám, độ trụ và thời gian chu trình đồng thời có thể đạt ở mức kết hợp A1 – B1- C1 đó là tỉ lệ tốc độ 36, vị trí tốt 18µm và thời gian phát ra là 5s. Tham số A B C Cấp độ 1 0.629 0.577 0.724 Cấp độ 2 0.621 0.632 0.602 Cấp độ 3 0.419 0.533 0.416 Khác nhau 0.138 0.100 0.308 Xếp hạng 2 3 1 Cấp độ tối ưu A1 B2 C3 Bảng 2.1. Điều kiện tối ưu 20 Tấn số tín hiệu (kHz) Đ ộ l ớ n n g u ồ n t ín h iệ u ( m V ) 29 + Trong 3 yếu tố, chuỗi các yếu tố có ảnh hưởng của thời gian đang phát ra là lớn nhất, sau đó tỉ lệ tốc độ và vị trí tốt. Các kết quả tối ưu thu được cho độ nhám là 0.398µm, độ trụ là 1.78µm và thời gian trụ chính là 8.1s. Các kết quả này tốt hơn các kết quả trước và đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn do công ty đặt ra độ nhám 0.523µ giảm xuống còn 0.398µm và thời gian trung bình chu trình giảm từ 8.5s xuống còn 8.1s. Tham số Kết thí nghiệm công bố ngày 03- 2017 Tiêu chuẩn hiện hành công ty SKF Indonesia Kết quả tối ưu Thu được Nhám bề mặt (µm) 0,319 0,523 0,398 Độ trụ(µm) 1,48 2,57 1,78 Thời gian trung bình chu trình (s) 8,8 8,5 8,1 Bảng 2.2. So sánh kết quả thử nghiệm với các tiêu chuẩn hiện tại của công ty SKF Indonesia 20 Gần đây, Vũ Ngọc Pi và các cộng sự [10] đã tiến hành nghiên cứu về tối ưu hóa chi phí khi mài tròn trong. Trong nghiên cứu này, các phân tích đánh giá về chi phí mài đã được thực Bên cạnh đó, các tác động của đường kính đá khi thay tới các chi phí thành phần mài và các thông số quá trình mài đã được nghiên cứu. Bằng việc xác định đường kính đá mài tối ưu với mục tiêu chi phí mài tối thiểu nhất, một chương trình máy tính được xây dựng, dựa trên kết quả của chương trình, công thức tính đường kính tối ưu được đề xuất. 2.3. Tổng quan về tối ưu hóa chế độ tưới nguội. Sự cần thiết của dung dịch trơn nguội trong gia công mài đã được khẳng định. Tưới nguội sẽ tải nhiệt ra khỏi vùng cắt dẫn đến giảm nhiệt độ trên dụng cụ cắt và trên chi tiết gia công; Đảm bảo nhiệt độ của môi trường thấp và ổn định; Giảm khả năng biến dạng nhiệt của chi tiết trong quá trình gia công; Giảm mức độ biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt do đó tăng độ chính xác gia công và nâng cao tuổi bền của dao. 30 Cho đến nay đã có nhiều tác giả trong và ngoài nước đã tiến hành nghiên cứu về bôi trơn làm mát khi mài. *) Sau đây là các nghiên cứu ngoài nước: - Ảnh hưởng của lưu lượng dung dich trơn nguội tới ứng suất dư lớp bề mặt được Stephenson nghiên cứu 21, thí nghiệm tiến hành bằng đá mài CBN và đá Al2O3 trên thép GCr15 trong hai trường hợp mài khô và mài ướt. Hình 2.7. Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng suất dư bề mặt khi mài bằng đá mài CBN và đá Al2O321 Kết quả từ hình 2.9 đã chỉ ra như sau: + Ứng suất dư lớp bề mặt khi mài bằng đá CBN luôn luôn là ứng suất dư nén, điều đó là do đá mài CBN có khả năng duy trì các cạnh sắc trong suốt quá trình gia công mà không đòi hỏi phải sửa đá liên tục + Ứng suất dư theo hướng mài luôn luôn có trị số lớn hơn ứng suất dư theo phương vuông góc với hướng mài. - Nghiên cứu tiếp theo về ảnh hưởng của nồng độ dung dịch từ tính đến lớp biến cứng bề mặt khi mài 22 do Koji Kato, Norisugu Umehara và Minoru Suzuki thực hiện. Kết quả thu được (hình 2.10) 31 + Khi sử dụng dich trơn nguội là nước thì mức độ biến cứng lớp bề mặt lớn nhất. + Khi sử dụng dung dịch trơn nguội gồm 50% nước và 50% chất lỏng từ tính thì mức độ biến cứng bề mặt giảm rất mạnh. + Khi sử dụng dung dịch trơn nguội là 100% chất lỏng từ tính thì mức độ biến cứng cũng giảm nhưng với mức độ ít hơn. Hình 2.8. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lớp biến cứng bề mặt mài 22 - H.Z. Choi cùng các đồng nghiệp 23 nghiên cứu quá trình mài với bôi trơn tối thiểu nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của dung dịch chất thải bôi trơn đến môi trường sinh thái. Kết quả nghiên cứu cho thấy với dạng bôi trơn này, độ nhám bề mặt và chi phí gia công giảm khi sử dụng dung dịch bôi trơn ở dạng sương mù. Các loại dung dịch bôi trơn sử dụng trong thí nghiệm là: nước làm mát, khí nén lạnh và nước làm mát ở dạng sương mù nhằm thực hiện so sánh chất lượng bề mặt khi sử dụng bôi trơn bằng các dung dịch trên. Kết quả chỉ ra: chất lượng bề mặt và khả năng làm mát dạng sương mù tốt như nước làm mát, đồng thời tiết kiệm dung dịch tr