Luận văn Xây dựng mô hình dự đoán nhám bề mặt và mòn dụng cụ khi tiện cứng thép x12m bằng dụng cụ cắt CBN

dính của vật liệu gia công trên mặt trước với mức độ bám dính nhiều nhất ở vùng phoi tách ra khỏi mặt trước không thay đổi khi thay đổi vận tốc cắt. +) Tương tác ma sát giữa phôi và mặt sau dụng cụ: Tương tác ma sát giữa bề mặt gia công và bề mặt sau của dụng cụ là tương tác ma sát thông thường kèm theo sự bám dính của vật liệu gia công và các vết cào xước trên bề mặt sau của dụng cụ. Mòn trên bề mặt này là mòn dưới dạng sliding wear. Kết luận Kết quả nghiên cứu bản chất tương tác ma sát giữa vật liệu gia công và mặt trước sử dụng dao CBN tiện tinh thép qua tôi cho thấy ma sát trên mặt trước của dụng cụ được chia làm ba vùng rõ rệt: vùng một sát lưỡi cắt, tiếp theo là vùng chuyển tiếp hai và vùng ma sát thông thường ba. Khi mật độ các hạt các bít trong thép tăng đến một mức độ nào đó hiện tượng dính - dừng của các lớp vật liệu gia công sát mặt trước có thể bị thay đổi bằng hiện tượng trượt. Đây là nguyên nhân gây mòn do cào xước trên vùng lưỡi cắt và có thể là nguyên nhân tạo thành lớp trắng trên bề mặt gia công. Mòn mặt trước hầu như không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao trong vùng ma sát thông thường. 30 Kết luận chương II Nghiên cứu về mòn và đặc tính bề mặt gia công khi tiện thép hợp kim qua tôi bằng dao CBN cho các kết luận sau: - Chất lượng bề mặt chịu ảnh hưởng của thông số hình học dụng cụ cắt, vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, vật liệu gia công, ảnh hưởng của rung động hệ thống công nghệ, độ cứng vật liệu gia công. Trong đó, tốc độ cắt có ảnh hưởng rất lớm đến nhám bề mặt. - Mòn dụng cụ CBN được gây ra bởi nhiều cơ chế kết hợp như dính, mài mòn, khuếch tán, tương tác hóa học và phá hủy vì nhiệt. - Vật liệu gia công và chế độ cắt có ảnh hưởng lớn tới mòn và cơ chế mòn dụng cụ CBN. Khi độ cứng và vận tốc cắt nhỏ, cơ chế mòn do dính chiếm ưu thế. Khi độ cứng tăng cơ chế mòn do mài mòn chiếm ưu thế. Khi vận tốc cắt tăng, mòn do tác động của nhiệt cắt là nguyên nhân chủ yếu gây mòn hỏng dụng cụ CBN. - Đường cong mòn của vật liệu CBN cũng tuân theo quy luật mòn thông thường. Giai đoạn mòn ổn định giảm khi vận tốc cắt tăng. 31 CHƯƠNG III XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM KHI TIỆN CỨNG THÉP X12M ĐÃ QUA TÔI 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến chất lượng bề mặt và mòn dụng cụ khi tiện cứng thép X12M bằng dụng cụ CBN. 3.1.1 Mô hình hoá quá trình nghiên cứu Tiện cứng là một phương pháp gia công tinh lần cuối sử dụng dao cắt với lưỡi cắt có hình dáng hình học xác định để gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp như chỏm cầu mà không phải dùng dưỡng đạt độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt cao mà không cần qua nguyên công mài. Nghiên cứu về tiện cứng nhằm tìm ra các thông số chế độ cắt thích hợp để tối ưu hoá quá trình gia công, đạt được các chỉ tiêu tốt nhất về kỹ thuật là rất cần thiết. Để nghiên cứu tối ưu hoá chế độ cắt một cách có logic và hệ thống trên cơ sở nghiên cứu tổng quan và các kết quả đã nghiên cứu. Ta xây dựng mô hình hoá khi tiện như hình 3.1 Hình 3.1 Mô hình tối ưu hoá quá trình cắt khi tiện 32 Từ mô hình trên ta thấy, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt khi tiện như: Độ cứng vững của hệ thống công nghệ, độ chính xác của máy, vật liệu và chất lượng của phôi gia công, chất lượng và thông số hình học của dụng cụ cắt, chế độ cắt s,v,t..,chúng có ảnh hưởng lớn đến thông số đầu ra là các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật như: Năng suất, chất lượng và độ chính xác bề mặt gia công, mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt. Để tối ưu hoá chế độ cắt ta phải xây dựng mối quan hệ giữa hàm mục tiêu và các thông số công nghệ, sau đó khảo sát bài toán tìm cực trị, tìm miền tối ưu và cách xác định các phương án tối ưu cho quá trình cắt trong những điều kiện khác nhau. Từ kết quả tối ưu hoá ta có thể xây dựng được mô hình và giải bài toán tối ưu theo các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật. 3.1.2 Những định hướng khi nghiên cứu tối ưu hoá chế độ cắt khi tiện cứng vật liệu thép hợp kim đã qua tôi (cụ thể là thép X12M ) bằng dụng cụ cắt CBN trên trung tâm tiện CNC. Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan ở chương 1 và dựa vào điều kiện thiết bị thí nghiệm hiện có ở Việt Nam đề tài xây dựng những điều kiện và nhiệm vụ nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm tối ưu hoá chế độ cắt khi tiện thép hợp kim X12M đã qua tôi đạt độ cứng 57-58 HRC với dụng cụ cắt là vật liệu siêu cứng CBN trên trung tâm tiện CNC theo những định hướng sau: -Xây dựng mô hình hoá quá trình nghiên cứu và thực nghiệm nhằm đưa ra mô hình tổng quát quá trình nghiên cứu. -Phân tích những nghiên cứu về chế độ cắt thép hợp kim đã qua tôi đạt độ cứng 57÷58 HRC và thực nghiệm sơ bộ để xác định khoảng chế độ cắt nghiên cứu -Thiết kế, hệ thống thực nghiệm: Hệ thống đo mòn dụng cụ cắt, hệ thống đo độ nhám bề mặt, chất lượng bề mặt gia công -Xác định ma trận thí nghiệm và xây dựng mô hình quy hoạch thực nghiệm, từ đó thiết lập chương trình quy hoạch để tìm điểm cực trị và miền tối ưu hoá quá trình gia công. - Các thông số được quan tâm tối ưu là là vận tốc cắt V(m/ph), lượng chạy dao S(mm/vòng) và chiều sâu cắt t(mm), các thông số này được lựa chọn tối ưu dựa vào điều kiện gia công cụ thể. - Các hàm mục tiêu tối ưu là: Chất lượng bề mặt và độ mòn dụng cụ cắt 33 - Các điều kiện biên khi nghiên cứu được xác định dựa trên các yêu cầu kỹ thuật, điều kiện gia công và các đại lượng đặc trưng cho quá trình cắt. -Tối ưu hoá chế độ cắt khi tiện thép hợp kim X12M đã qua tôi đạt độ cứng 57- 58 HRC với dụng cụ cắt là vật liệu siêu cứng CBN trên trung tâm tiện CNC. Xác định cực trị, miền tối ưu hoá (sử dụng phần mềm Minitab). - Kết quả quy hoạch thực nghiệm được phân tích khách quan bằng cách nghiên cứu và khảo sát chất lượng bề mặt (độ nhám bề mặt, tính chất cơ lý của lớp bề mặt sau gia công cơ) và độ mòn của dụng cụ khi tiện chi tiết dạng trụ bằng vật liệu là thép hợp kim X12M thông qua ảnh SEM chụp trên kính hiển vi điện tử. -Từ kết quả khảo sát tối ưu hoá, ta xác định được điểm cực trị và miền tối ưu cho từng thông số. Từ đó đưa ra những kết luận và hướng dẫn cụ thể nhằm ứng dụng vào thực tế sản xuất cho quá trình tiện các chi tiết bằng vật liệu là thép hợp kim X12M bằng dụng cụ cắt CBN trên trung tâm tiện CNC. 3.1.3. Mô hình hoá toán học quá trình nghiên cứu Để thực hiện tối ưu hoá quá trình gia công và tìm cực trị, ta cần phải mô hình hoá toán học các hàm mục tiêu. Các hàm mục tiêu ở dạng tổng quát như sau: Y=ƒ(s,v,t) Trong đó Y là chỉ tiêu tối ưu hoá (thông số đầu ra) là chất lượng bề mặt (độ nhám bề mặt, tính chất cơ lý của lớp bề mặt sau gia công cơ) và độ mòn dụng cụ. Các thông số s,v,t là các đại lượng nghiên cứu (Lượng chạy dao, vận tốc cắt, chiều sâu cắt). Các hàm mục tiêu được xây dựng trên cơ sở quá trình nghiên cứu thực nghiệm. Để phản ánh khách quan quá trình nghiên cứu ta cần khảo sát nhiều thông số ảnh hưởng tới quá trình gia công, khi đó vấn đề cần phải giải quyết sẽ triệt để và toàn diện hơn. Tuy nhiên, về mặt toán học thì quá trình nghiên cứu sẽ rất phức tạp và khó áp dụng vào thực tiễn sản xuất, nhưng nếu bỏ qua nhiều thông số ảnh hưởng thì mô hình và kết quả nghiên cứu sẽ kém chính xác. Do vậy, khi chọn hàm mục tiêu tối ưu hoá quá trình cắt ta cần giới hạn bài toán phù hợp với điều kiện gia công cụ thể, các giới hạn này là các điều kiện biên của hàm mục tiêu. Từ cơ sở nghiên cứu tổng quan và những định hướng quá trình nghiên cứu như trên, đề tài “ Xây dựng mô hình dự đoán nhám bề mặt và mòn dụng cụ khi tiện cứng thép X12M đã qua tôi bằng dụng cụ cắt CBN ” thực hiện trên hệ thống 34 công nghệ cụ thể nhằm giải quyết đạt mục đích về nâng cao chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công khi tiện cứng. Vì vậy cần nghiên cứu và khảo sát các hàm mục tiêu cụ thể như sau: -Độ nhám bề mặt :Ra/Rz =f(s,v,t) RaMin /RzMin -Mòn dụng cụ cắt :hs=f(s,v,t) hsmin Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là chất lượng bề mặt và độ mòn dụng cụ cắt. Vì vậy, việc khảo sát nhiều đại lượng như lực cắt, nhiệt cắt, rung động, mòn dụng cụ cắt, độ chính xác gia công sẽ phản ánh đầy đủ và khách quan quá trình nghiên cứu khi tiện. Trong phần tổng quan của đề tài đã tổng hợp một số công trình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài, ta thấy có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công như: Thông số hình học dụng cụ cắt, các thông số chế độ cắt, vật liệu phôi, độ cứng vững công nghệ và phương pháp bôi trơn làm mátTrong nội dung nghiên cứu của đề tài tác giả cố định một số thông số đầu vào như vật liệu gia công và phương pháp làm mát. Các thông số được quan tâm và khảo sát là: Vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt 3.2 Xây dựng hệ thống thiết bị thí nghiệm. 3.2.1. Mô hình thí nghiệm Mô hình thí nghiệm được sử dụng thể hiện trên hình 3.2 1. Mâm cặp ; 2. Mũi chống tâm ; 3. Dao ; 4. Chi tiết gia công 3.2.2 Thiết bị thí nghiệm a) Máy thí nghiệm Thí ngiệm được tiến hành trên máy tiện số CNC Mazak QUICK TURN SMART 150 S (Hình 3.3a), Hình 3.2 Mô hình thí nghiệm 35 Đường kính cắt tối đa(mm) 3 Đường kính lỗ trục chính(mm) 51 Tốc độ tr c chính(rpm) 5000 Kích thước đầu kẹp(mm) 8 Số dao 8 Cán dao mm) 40 Hành trình Ụ động(mm) 200 Hành trình chuyển động(mm) 350 Đường kính lỗ ụ động(mm) 36 Độ côn lỗ ụ động 24 Công suất động cơ trục chính(W 1500 Động cơ Servo(W) 150 Hình 3.3. Thiết bị và sơ đồ thí nghiệm khảo sát mòn và chất lượng bề mặt dụng cụ CBN b) Dụng cụ cắt thí nghiệm + Mảnh dao CBN Mảnh dao CBN hình tam giác ký hiệu TCGN 160312S2501, EB28X với L = 16mm, I.C = 9,25mm, T = 3,18mm, R = 1,2mm. Hàm lượng CBN là 50%, Chất kết dính TiC, cỡ hạt 2μm; γ = 110; λ = 110 (góc tạo thành khi đã gá mảnh lên than dao và thân dao lên máy) (T: Mảnh tam giác, P: góc sau bằng 110, G: cấp dung sai của mảnh, N: kiểu cơ cấu bẻ phoi, L = 16mm, chiều dày ≈ 0,3mm, R = 1,2mm) (a) (b) 36 Hình 3.4: Mảnh dao CBN sử dụng trong nghiên cứu + Thân giao Sử dụng thân dao: MTENN 2525 M22, kích thước than dao 25x25 như (hình 3.5) Hình 3.5: Thân dao gắn mảnh CBN sử dụng trong nghiên cứu c) Phôi thí nghiệm Thép hợp kim X12M đã qua tôi đạt độ cứng 57-58 HRC để tiện ra chi tiết dạng trụ. Phôi thép hợp kim X12M sử dụng trong thí nghiệm có chiều dài: L = 250mm, đường kính: Ø= 63 mm, tôi thể tích đạt độ cứng 57-58 HRC. Thành phần hoá học của phôi được xác định bằng phương pháp phân tích quang phổ tại nhà máy Z159 trong bảng 3.1. Bảng 3.1: Thành phần hoá học của phôi thép X12M (%) Mác thép C Mo W No Ni Cr Ti X12M 0.11-0.26% 0.5-2% 0.5-4% 0-0.6% < 1.0% 10-13% 0-0.15% 37 d) Dụng cụ đo kiểm + Thiết bị đo nhám bề mặt: Sử dụng máy đo nhám Mitutoyo SJ – 201 của Nhật Bản. Các thông số kỹ thuật cơ bản; - Hiển thị LCD. Tiêu chuẩn DIN, JIS, ANSI. - Thông số đo được: Ra, Rs, Rt, Rq, Rp, Ry, Pc, S, Sm. - Độ phân giải: 0,03 µm/300 µm, 0,08 µm/75 µm, 0,04 µm/9,4 µm. - Bộ chuyển đổi A/D: RS232. - Phần mềm điều khiển và sử lý số liệu MSTATW324.0 + Thiết bị đo kích thước: - Thước cặp điện tử Mitutoyo độ chính xác 0.001mm - Thước banme điện tử Mitutoyo độ chính xác 0.001mm Hình 3.6. Thiết bị đo kích thước + Máy chụp hình thái bề mặt (SEM) Khảo sát hình thái bề mặt gia công (SEM) bằng kính hiển vi điện tử quét Jeol 6490 JED2300 (Hãng JEOL - JAPAN). 38 Kết luận chương III Đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm để nghiên nhám bề mặt và mòn dụng cụ khi tiện cứng thép X12M bằng dụng cụ cắt CBN. Các thiết bị thí nghiệm được sử dụng đều là các thiết bị hiện đại, có độ tin cậy cao. 39 CHƯƠNG IV THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT VÀ MÒN DỤNG CỤ TRONG TIỆN CỨNG THÉP X12M ĐÃ QUA TÔI BẰNG DỤNG CỤ CBN 4.1.Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 4.1.1. Lý thuyết thực nghiệm a. Các nguyên tắc thiết kế thí nghiệm * Nguyên tắc ngẫu nhiên (Principle of Randomization) Nguyên tắc ngẫu nhiên được áp dụng nhằm hạn chế ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu.Theo nguyên tắc này thứ thứ tự thay đổigiá trị các thông số thí nghiệm, cách bố trí thí nghiệm, thứ tự tiến hành từng thí nghiệm phải được tiến hành theo một thứ tự ngẫu nhiên. *Nguyên tắc lặp lại (Principle of Replication) Đó là mỗi thí nghiệm cần được thực hiện ít nhất nhiều hơn một lần *Nguyên tắc tạo khối(Principle of Blocking) Thường được sử dụng khi số lượng thí nghiệm nhiều. Khi đó ta cần chia thành nhiều khối thí nghiệm. Khối là tập hợp các thí nghiệm có chung một hay là một vài đặc tính nào đó. Trong mỗi khối các thí nghiệm được thiết kế được tuân thủ theo nguyên tắc lặp và nguyên tắc ngẫu nhiên. Nói cách khác, thứ tự các thí nghiệm trong khối được xáo trộn một cách ngẫu nhiên. Đồng thời, các thí nghiệm trong khối được lặp lại và xử lý thống kê như một kế hoạch riêng. b.Các loại thí nghiệm. Có ba loại thí nghiệm là: *Thí nghiệm sàng lọc Thí nghiệm sàng lọc(screening Experiment) là thí nghiệm được tiến hành với mục đích sau: -Xác định đâu là yếu tố ảnh hưởng chính đến đối tượng hay quá trình khảo sát. -Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố. -Đánh giá mức độ ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố 40 Loại thí nghiệm này thường khai thác các dạng thiết kế thí nghiệm toàn phần 2 mức khi các yếu tố thí nghiệm không lớn hoặc thiết kế thí nghiệm riêng phần hay thiết kế thí nghiệm P-B. *Thí nghiệm so sánh Thí nghiệm so sánh(Comparative Expriment) thường được thực hiện để so sánh hay đánh giá sai khác giữa hai nhóm đối tượng mẫu hay 2 quá trình trả lời câu hỏi. Có hay không sự sai khác giữa các nhóm đối tượng hay quá trình? Câu hỏi này thường đặt ra khi kiểm kiểm chứng một sản phẩm hay một quá trình mới. *Thí nghiệm tối ưu hoá Thí nghiệm tối ưu hoá nhằm tìm kiếm tập xác lập các yếu tố đầu vào và đạt được giá trị tối ưu ở đầu ra. Thí nghiệm tối ưu thường sử dụng các dạng thiết kế thí nghiệm “bề mặt chỉ tiêu”. Trong trường hợp hàm mục tiêu không có hàm cực trị trong phạm vi khảo sát, thí nghiệm cho phép ta tạo các xác lập để đạt được giá trị xác định của hàm mục tiêu. c. Lựa chọn thiết kế thí nghiệm Từ mục đích nghiên cứu của đề tài và phân tích các loại thí nghiệm như trên tác giả đã lựa chọn thí nghiệm tối ưu hoá để tiến hành quy hoạch thực nghiệm. 4.1.2 Cơ sở lý thuyết a. Thực nghiệm tối ưu hoá: Một trong những mục đích chính của nghiên cứu thực nghiệm trong kỹ thuật là tìm giá trị cực trị hay tìm vùng tối ưu cho một quá trình hay các điều kiện tối ưu để vận hành một hệ thống. Lớp các bài toán nghiên cứu thực nghiệm về vấn đề tối ưu thường được biết đến với tên gọi “Phương pháp bề mặt chỉ tiêu”(Response Surface Methods-RSM). Phương pháp bề mặt chỉ tiêu rất hữu ích trong việc phát triển, nâng cao hiệu quả và tối ưu hoá quá trình sản xuất. Nó cũng có các ứng dụng quan trọng trong việc thiết kế và phát triển các sản phẩm mới cũng như cải thiện các sản phẩm hiện có. Nội dung chính của RSM là sử dụng một chuỗi các thí nghiệm được thiết kế với các mục đích sau: -Chỉ ra tập giá trị các biến đầu vào (điều kiện vận hành, thực thi) sao cho tạo ra các ứng xử của đối tượng nghiên cứu là “tốt nhất”; 41 -Tìm kiếm các giá trị biến đầu vào nhằm đạt được các yêu cầu cụ thể về ứng xử của đối tượng nghiên cứu; -Xác định các điều kiện vận hành mới đảm bảo cải thiện chất lượng hoạt động của đối tượng so với tình trạng cũ. - Mô hình hoá quan hệ giữa các biến đầu vào với ứng xử của đối tượng nghiên cứu, dùng làm cơ sở để dự đoán hay điều khiển quá trình hay hệ thống. Để đạt được các mục tiêu trên, phương pháp RSM thực hiện việc xây dựng hàm mô tả các bề mặt chỉ tiêu (Response Surface) phụ thuộc các thông số đầu vào. b. Tiến trình tối ưu hoá: Tiến trình tối ưu hoá bằng RSM thường gồm 3 giai đoạn như sau: -Giai đoạn 1: Thí nghiệm khởi đầu. Sau khi tiến hành các thí nghiệm sàng lọc (Screening Design) nhằm lựa chọn các biến thí nghiệm được tiếp tục khảo sát, ta phân tích mô hình rút gọn (đã loại bỏ các yếu tố không ảnh hưởng đáng kể), nhằm xây dựng mô hình hồi quy bậc nhất nhằm mô tả hàm mục tiêu. Việc đánh giá mức độ phù hợp của mô hình hồi quy bậc nhất cho phép ta kiểm tra được vùng khảo sát có ở vùng lân cận cực trị hay không. Nếu mô hình bậc nhất không phù hợp, có nghĩa là hàm mục tiêu đã ở lân cận cực trị, chuyển sang giai đoạn 3, trái lại, chuyển sang giai đoạn 2. -Giai đoạn 2: Leo dốc tìm vùng cực trị. Nếu vùng thí nghiệm còn ở xa vùng cực trị, tiến hành các thí nghiệm nhằm tìm nhanh đến vùng chứa cực trị. Phương pháp thực hiện là leo dốc/xuống dốc (Steepest Ascent/Descent Method) tìm vùng cực trị. Nhiệm vụ cơ bản là xác định giá trị gia số cho từng biến thí nghiệm. Sau đó tiến hành thí nghiệm với các giá trị mới của biến cho tới khi hàm mục tiêu đổi chiều thay đổi giá trị. Thí nghiệm xác định mức độ không phù hợp của mô hình bậc nhất được tiến hành để khẳng định khả năng đã ở vùng chứa cực trị. Các thí nghiệm để mô tả quan hệ vào-ra dưới dạng hàm bậc cao (Hồi quy bậc cao). Các thí nghiệm được thiết kế theo kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu (Response Surface Design). Cuối cùng tiến hành phân tích đánh giá đưa ra các kết luận. - Giai đoạn 3:Thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu Khi đã ở gần vùng lân cận cực trị, tiến hành các thí nghiệm để mô tả quan hệ vào – ra dưới dạng hàm bậc cao ( Hồi quy bậc cao ). Các thí nghiệm được thiết kế theo kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu. Cuối cùng tiến hành phân tích đánh giá kết quả để đưa ra các kết luận cuối. 42 c. Mức độ phù hợp của mô hình: Trong quá trình đi tìm vùng chứa cực trị của hàm mục tiêu, ta cần kiểm tra xem mô hình hồi quy mô tả hàm mục tiêu bậc nhất hay bậc cao. Sau khi xây dựng hàm mục tiêu, ta tiến hành kiểm định giả thuyết thống kê để đánh giá xem mô hình đã khớp với dữ liệu đến mức nào. Việc đánh giá như vậy gọi là “kiểm định mức độ phù hợp của mô hình”(Lack of fit test). d. Kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu Khi đã ở vùng chứa cực trị, để mô tả chính xác mối quan hệ giữa hàm mục tiêu với các biến thí nghiệm, ta cần khảo sát nhiều mức giá trị cho các biến. Có hai cách xây dựng kế hoạch thí nghiệm là thiết kế thí nghiệm hỗn hợp tâm xoay (Central Composite Design -CCD) và thiết kế Box-Behnken. Sau khi cân nhắc ưu nhược điểm của hai phương pháp trên tác giả đã lựa chọn xây dựng kế hoạch thực nghiệm bề mặt chỉ tiêu theo phương pháp hỗn hợp tâm xoay-CCD. e. Sơ đồ xử lý kết quả thí nghiệm Để đánh giá kết quả đo chính xác cần xác định các đặc trưng quan trọng nhất. Đó là giá trị trung bình xtb, độ lệch quân phương , hệ số biến sai Cv, sai lệch tuyệt đối Stđ, độ không đều H , khoảng tin cậy Δx, hệ số phân bố chuẩn hch . xtb = (3-1) (3-2) Cv = x100[ ] (3-3 Δx= hstx khi 2 20 (3-4) Stđ = (3-5) H= x100[ ] (3-6) Trong đó: xi là kết quả đo trong lần đo thứ (i ). n là số lượng phép đo. hst là hệ số phân bố student, phụ thuộc vào xác xuất đáng tin cậy, số lượng phép đo n và được xác định theo bảng (khi n >20 thì tra bảng hệ số phân bố chuẩn hch ) Như vậy kết quả đo xth nằm trong khoảng xtb-Δx xth xtb +Δx (3.7) Quá trình tính toán các kết quả đo có thể được thực hiện bằng tay hoặc thực hiện trên máy 43 4.1.3 Các giới hạn của thí nghiệm Tham khảo những chuyên gia ở lĩnh vực tiện cứng bằng dao gắn mảnh CBN và các lưu ý của nhà sản xuất [44], [45] mảnh dao ta xác định được các giới hạn của thí nghiệm như sau: -Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt, chiều sâu cắt, lượng chạy dao đến chất lượng và độ chính xác gia công của dao gắn mảnh CBN khi gia công thép X12M. -Vận tốc cắt v=120-180 (m/ph) -Lượng chạy dao s= 0.06-0,1(mm/vòng) -Chiều sâu cắt t=0.06 – 0.12 (mm) -Độ cứng của phôi trong suốt quá trình gia công khoảng 57÷58 HRC. 4.1.4 Các thông số đầu vào của thí nghiệm Gọi x1 , x2 , x3 , là các biến tương đương với các thông số vận tốc cắt-V, lượng chạy dao-S, chiều sâu cắt ( t ). Trên cơ sở các điều kiện biên, kết quả các thí nghiệm sơ bộ trước đó. Dựa vào các nghiên cứu trước đây và catalog hướng dẫn sử dụng mảnh dao, các chế độ công nghệ thí nghiệm như sau: -Vận tốc cắt: Vmax=180(m/ph) ; Vmin=120(m/ph) -Lượng chạy dao: Smax =0.1(mm/vòng); Smin =0.06(mm/vòng) -Chiếu sâu cắt t: tmax = 0,12 (mm); tmin = 0.06 (mm) Kí hiệu mức dưới(-1) = ximin(t) Kí hiệu mức trên(+1) = ximax(t) Mức trung bình(0) = Kí hiệu giới hạn dưới (-α) Kí hiệu giới hạn trên (+α) Sau khi tính được các giới hạn trên, dưới cho các thông số (v,s,t) ta lập giá trị thực và các cận trên, dưới như sau: Bảng 4.1. Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt v,s,t cho thực nghiệm Thông số Giới hạn dưới(-α) Mức dưới (-1) Mức TB (0) Mức trên (+1) Giới hạn trên(+α) Các biến V(m/ph) 113 120 150 180 186 x1 S(mm/vòng) 0.056 0.06 0.08 0.1 0.104 x2 t (mm ) 0,053 0,06 0,09 0,12 0,126 x3 44 4.1.5 Các hàm mục tiêu Từ những định hướng nghiên cứu tối ưu khi tiện thép hợp kim đã qua tôi(X12M) bằng dụng cụ cắt CBN trên trung tâm tiện CNC, nghiên cứu thực nghiệm được xác định các hàm mục tiêu sau: - Độ nhám bề mặt: Ra = Ra(v,s,t) - Chiều cao mòn mặt sau: hs = hs(v,s,t) Để thực hiện khảo sát hàm mục tiêu cần xác định dạng hàm hồi quy cho các đại lượng trên. 4.2 Lập ma trận thí nghiệm, chọn phương án quy hoạch thực nghiệm *Kế hoạch trung tâm hợp thành Kế hoạch này gồm 3 phần: -Phần 1: phần cơ sở (còn gọi là phần hạt nhân) là thực nghiệm toàn phần 2n hoặc thực nghiệm rút gọn 2n-p đã nêu trong quy hoạch tuyến tính. Yêu cầu này đặt ra khi xây dựng phần cơ sở phải tính được các hệ số hồi quy tuyến tính (bi) và tương tác cặp đôi (bij) một cách riêng biệt. Tác động của chúng không bị trộn lẫn vào nhau. Yêu cầu này khống chế mức rút gọn có thể được, trong đề tài này do có ba thông số đầu vào n = 3, n ≤ 4, p= 0 tức là chỉ có thực nghiệm toàn phần 2n. -Phần 2: các điểm sao nằm ở vị trí cách tâm thực nghiệm một khoảng ± α. Số thí nghiệm của phần này là Nα = 2n -Phần 3: phần tâm bao gồm các thí nghiệm ở tâm miền quy hoạch, tại đó giá trị mã của các thông số bằng không. Số thí nghiệm N0 ≥ 1. Các giá trị α, N0 được xác định tùy theo sự lựa chọn các chuẩn tối ưu của thực nghiệm hồi quy. Do đó người ta chia ra hai loại kế hoạch: trực giao và tâm xoay. *Kế hoạch trung tâm hợp thành trực giao Các kế hoạch loại này được xây dựng theo chuẩn trực giao. Ma trận thông tin Fisher là ma trận đường chéo. Để có được điều đó phải có các biện pháp đặc biệt, đảm bảo trực giao cặp của các cột trong ma trận các hàm cơ sở, ứng với các thành phần tự do b0 và bij [ ]. 1 2 2 0 1 1 1 1 ( ) n n n n i i ij i j ij i i i i j i i y b b x b x x b x x              (2-9) Trong đó: 2 2 2 1 1 2 2n pN i iu u x x N N      (2- 10) 45 N – tổng số thí nghiệm của kế hoạch. Do kế hoạch thí nghiệm trực giao số thí nghiệm ở tâm N0 thường bằng 1 nên N = 2n-p + 2n + 1 , 2 0 0 1 n ii i i b b b x    (2-11) Việc chuyển các biến bình phương sang mô hình (sang dạng trong 2.12) cho phép đảm bảo trực giao của các cột ứng với thành phần tự do b0 và bình phương trong các ma trận các hàm cơ sở ( bảng 4.2). Bảng 4.2. Kế hoạch toàn phần n =3 Số TN TN Biến mã x0 x1 x2 x3 Nhóm cơ sở 2^n=2^3=8 1 1 -1 -1 -1 2 1 1 -1 -1 3 1 -1 1 -1 4 1 1 1 -1 5 1 -1 -1 1 6 1 1 -1 1 7 1 -1 1 1 8 1 1 1 1 Các điểm sao 2n=2*3=6 9 1 -1.215 0 0 10 1 1.215 0 0 11 1 0 -1.215 0 12 1 0 1.215 0 13 1 0 0 -1.215 14 1 0 0 1.215 TN ở tâm lặp 3 lần 15 1 0 0 0 16 1 0 0 0 17 1 0 0 0 ' 2 2 2 2 2 2 2 2 0 1 1 1 1 1 1 ( ) ( ) ) 0 N N N N N iu i iu i iu i iu i u u u u u f x x x x x N x x N x N                 (2-12) Đẳng thức (2.11) đúng với mọi giá trị α cụ thể. Nhưng với α tùy ý thì sẽ dẫn đến tính không trực giao của các cột trong ma trận hàm cơ sở mà chúng ứng với các biến bình phương khác nhau. Vì thế trong kế hoạch thực nghiệm trực giao chọn giá trị α sao cho: 2 2 2 2 1 ( )( ) 0 N iu i ju j u x x x x     46 (i j, I, j=1n) (2-13) [ page 78 [7]] (2-14) Với n= số yếu tố: n = 3; p là số yếu tố có thể rút gọn: p được chọn là số nguyên thích hợp đảm bảo sao cho số thí nghiệm luôn lớn hơn số tham số cần xác định trong phương trình hồi quy: Nếu n=4-5; p=1; n=6-7; p=2; n=8-9; p=3; Ở đây p = 0; số điểm thí nghiệm sao α =1 Theo điều kiện đã nêu trên, ma trận thông tin Fisher là đường chéo Và ma trận nghịch đảo cũng có dạng đường chéo đơn giản: = N 0 0 0 0 0 0 2n-p+2α2 0 0 0 0 0 0 2n-p+2α2 0 0 0 0 0 0 0 2n-p 0 0 0 0 0 0 0 2n-p 0 0 0 0 0 0 0 2α4 0 0 0 0 0 0 0 2α2 N 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 47 Từ đó thấy ngay rằng ma trận tương quan của các ước lượng hệ số hồi quy cũng là đường chéo: . Do đó các ước lượng hệ số hồi quy ở kế hoạch trực giao không bị chập lẫn. Phương sai các ước lượng đó là: ; 4.2.1 Xử lý kết quả – Xác định mô hình toán phương án bậc 1 Từ kết quả thí nghiệm xác định m