Luận Văn Thạc Sĩ: Mô Hình Dự Đoán Nhám Bề Mặt và Mòn Dụng Cụ Khi Tiện Cứng Thép X12M

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hay xây dựng mô hình dự đoán nhám bề mặt và mòn dụng cụ khi tiện cứng thép x12m bằng dụng cụ cắt cbn, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất

• Tác giả: Lê Xuân Phương
• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Vị
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Mô Hình Dự Đoán Nhám Bề Mặt và Mòn Dụng Cụ Khi Tiện Cứng Thép X12M
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. PHẦN MỞ ĐẦU
• 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.2. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
• 1.5. NỘI DUNG CÁC VẤN ĐỀ SẼ ĐI SÂU NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG TRÊN TRUNG TÂM TIỆN CNC
• 2.1. Khái niệm chung về tiện cứng
• 2.2. Các yếu tố công nghệ của chế độ cắt khi tiện
• 2.3. Thiết bị và dụng cụ cắt dùng trong tiện cứng
• 2.4. Máy Emco Turn 332 Mcplus và Quá trình cắt khô trong tiện cứng
• 2.5. Kết luận chương I
• 3. CHƯƠNG II: CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT VÀ MÒN DỤNG CỤ KHI TIỆN CỨNG
• 3.1. Chất lượng bề mặt khi tiện cứng
• 3.1.1. Khái niệm chung về lớp bề mặt
• 3.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lớp bề mặt sau gia công cơ
• 3.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt
• 3.2. Mòn dụng cụ cắt CBN khi tiện cứng
• 3.2.1. Các dạng mòn và cơ chế mòn dụng cụ CBN
• 3.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến mòn dụng cụ CBN
• 3.3. Kết luận chương II
• 4. CHƯƠNG III: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM KHI TIỆN CỨNG THÉP X12M ĐÃ QUA TÔI
• 4.1. 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
• 4.1.1. Mô hình hoá quá trình nghiên cứu
• 4.1.2. 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
• 4.1.3. Mô hình hoá toán học quá trình nghiên cứu
• 4.2. Xây dựng hệ thống thiết bị thí nghiệm
• 4.2.1. Mô hình thí nghiệm
• 4.2.2. Thiết bị thí nghiệm
• 4.3. Kết luận chương III
• 5. 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
• 5.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 5.2. Lý thuyết thực nghiệm
• 5.3. Các giới hạn của thí nghiệm
• 5.4. Các thông số đầu vào của thí nghiệm
• 5.5. Các hàm mục tiêu
• 5.6. Lập ma trận thí nghiệm, chọn phương án quy hoạch thực nghiệm
• 5.7. Xử lý kết quả – Xác định mô hình toán phương án bậc 1
• 5.8. Xác định mô hình toán bậc 2
• 5.9. Xây dựng kế hoạch thí nghiệm bậc 2
• 5.10. Tiến hành thí nghiệm
• 5.11. Kết quả quá trình thí nghiệm
• 5.11.1. Kết quả thí nghiệm với hàm mục tiêu độ nhám bề mặt Ra
• 5.11.2. Kết quả thí nghiệm mòn dụng cụ CBN
• 5.11.3. Phân tích kết quả thí nghiệm với hàm mục tiêu diện tích gia công Sc
• 5.12. Xây dựng mô hình hồi quy mô tả mòn dụng cụ
• 5.13. Tối ưu hóa đa mục tiêu
• 5.14. Kết luận chương IV
• PHẦN KẾT LUẬN CHUNG
• 1. Kết luận chung
• 2. Hướng nghiên cứu trong tương lai
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Mô Hình Dự Đoán Nhám Bề Mặt Khi Tiện Cứng Thép X12M

Mô hình dự đoán nhám bề mặt và mòn dụng cụ khi tiện cứng thép X12M là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành công nghệ chế tạo máy. Việc hiểu rõ về các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt và độ mòn dụng cụ sẽ giúp tối ưu hóa quy trình gia công. Nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất làm việc mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất.

1.1. Khái Niệm Về Tiện Cứng Và Thép X12M

Tiện cứng là phương pháp gia công sử dụng dụng cụ cắt bằng vật liệu siêu cứng. Thép X12M là loại thép hợp kim có độ cứng cao, thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác và chất lượng bề mặt tốt.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Mô Hình Dự Đoán

Mô hình dự đoán giúp xác định các thông số chế độ cắt tối ưu, từ đó nâng cao chất lượng bề mặt và giảm thiểu mòn dụng cụ. Điều này có ý nghĩa lớn trong việc cải thiện hiệu suất sản xuất.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Dự Đoán Nhám Bề Mặt

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về chất lượng bề mặt khi tiện cứng, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc dự đoán chính xác nhám bề mặt và mòn dụng cụ. Các yếu tố như tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt đều ảnh hưởng đến kết quả gia công.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Chất Lượng Bề Mặt

Tốc độ cắt và lượng chạy dao là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt. Việc tối ưu hóa các thông số này là cần thiết để đạt được chất lượng bề mặt tốt nhất.

2.2. Độ Tin Cậy Của Quy Trình Gia Công

Độ tin cậy của quy trình gia công còn thấp, dẫn đến chất lượng sản phẩm không ổn định. Cần có các phương pháp kiểm soát chất lượng hiệu quả hơn.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Mô Hình Dự Đoán Nhám Bề Mặt

Nghiên cứu mô hình dự đoán nhám bề mặt và mòn dụng cụ được thực hiện thông qua các phương pháp lý thuyết và thực nghiệm. Việc kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn sẽ giúp đưa ra các kết quả chính xác hơn.

3.1. Phân Tích Lý Thuyết Về Tiện Cứng

Phân tích lý thuyết giúp hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công. Các mô hình toán học sẽ được xây dựng để dự đoán nhám bề mặt.

3.2. Thực Nghiệm Trên Máy Tiện CNC

Thực nghiệm được tiến hành trên máy tiện CNC với các thông số chế độ cắt khác nhau. Kết quả thực nghiệm sẽ được so sánh với các mô hình lý thuyết để kiểm tra tính chính xác.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Về Nhám Bề Mặt Và Mòn Dụng Cụ

Kết quả nghiên cứu cho thấy có mối quan hệ chặt chẽ giữa các thông số chế độ cắt và chất lượng bề mặt. Việc tối ưu hóa các thông số này sẽ giúp giảm thiểu mòn dụng cụ và nâng cao hiệu suất gia công.

4.1. Kết Quả Đánh Giá Chất Lượng Bề Mặt

Các kết quả đo lường cho thấy rằng nhám bề mặt có thể đạt được mức tối ưu khi các thông số chế độ cắt được điều chỉnh hợp lý.

4.2. Phân Tích Mòn Dụng Cụ CBN

Mòn dụng cụ CBN được phân tích qua các thí nghiệm thực tế. Kết quả cho thấy rằng việc điều chỉnh chế độ cắt có thể làm giảm đáng kể mức độ mòn dụng cụ.

V. Ứng Dụng Kết Quả Nghiên Cứu Vào Thực Tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong các nhà máy chế tạo máy tại Việt Nam. Việc áp dụng các mô hình dự đoán sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.

5.1. Tối Ưu Hóa Quy Trình Gia Công

Ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào quy trình gia công sẽ giúp tối ưu hóa các thông số chế độ cắt, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc.

5.2. Tăng Cường Chất Lượng Sản Phẩm

Việc áp dụng mô hình dự đoán sẽ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thị trường.

VI. Kết Luận Và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Nghiên cứu về mô hình dự đoán nhám bề mặt và mòn dụng cụ khi tiện cứng thép X12M đã chỉ ra nhiều kết quả khả quan. Tuy nhiên, vẫn cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện mô hình và mở rộng ứng dụng.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu

Kết quả nghiên cứu đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến nhám bề mặt và mòn dụng cụ, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu.

6.2. Định Hướng Nghiên Cứu Trong Tương Lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để phát triển các mô hình dự đoán chính xác hơn, đồng thời mở rộng ứng dụng vào các loại vật liệu khác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương I Tiện truyền thống trên máy tiện vạn năng và công thông thường là một phương pháp cho năng suất cao nhưng chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công không cao. Do vậy các phương pháp này chỉ dùng để gia công thô và bán tinh để gia công các chi tiết có hình dáng đơn giản. Hiện nay với sự phát triển của kỹ thuật CNC và các loại vật liệu dụng cụ cắt mới cho năng suất và chất lượng cao. Ta có thể gia công tinh đạt độ chính xác và chất lượng bề mặt cao mà không cần phải qua nguyên công mài.

Điều đặc biệt hơn nữa là ta có thể gia công chi tiết có biên dạng phức tạp, biên dạng hình chỏm cầu mà không cần phải dưỡng. Tiện cứng là một phương pháp tiện tiên tiến cho độ chính xác và chất lượng bề mặt cao thường được sử dụng để tiện tinh các bề mặt thép hợp kim đã qua tôi. Do vậy hướng nghiên cứu của đề tài“Xây dựng mô hình dự đoán nhám bề mặt và mọn dụng cụ khi tiện cứng thép X12M bằng dụng cụ cắt CBN” là rất cần thiết để góp phần nâng cao chất lượng và độ chính xác gia công cứng thép hợp kim đã qua tôi. Qua đó góp phần tạo nên nền sản xuất công nghiệp bền vững.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 12 CHƯƠNG II CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT VÀ MÒN DỤNG CỤ KHI TIỆN CỨNG 2. Chất lượng bề mặt khi tiện cứng 2.1 Khái niệm chung về lớp bề mặt Bề mặt là sự phân cách giữa hai môi trường khác nhau. Bề mặt kim loại có thể được tạo thành bằng các phương pháp gia công khác nhau nên có cấu trúc và đặc tính khác nhau. Để xác định được đặc trưng của lớp bề mặt ta cần biết mô hình và định luật của kim loại nguyên chất không có tương tác với môi trường khác và sự khác nhau về sự sắp xếp các nguyên tử, tác dụng của lực trên bề mặt so với bên trong.

Sau đó nghiên cứu sự thay đổi của lớp bề mặt do tác động của môi trường để thiết lập khái niệm mô hình bề mặt thực. Nhiều tính chất khối của vật liệu có liên quan đến bề mặt ở mức độ khác nhau. Thường các tính chất hoá, lý của lớp bề mặt là quan trọng. Tuy nhiên, các đặc trưng cơ học như độ cứng và phân bố ứng suất trong lớp này cũng được quan tâm [26].2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lớp bề mặt sau gia công cơ.

*Độ nhám bề mặt và phương pháp đánh giá -Độ nhám bề mặt hay còn goi là độ nhấp nhô tế vi là tập hợp tất cả các bề mặt lồi lõm với bước cực nhỏ và được quan sát trong phạm vi chiều dài chuẩn rất ngắn [27]. Chiều dài chuẩn L là chiều dài để đánh giá các thông số của độ nhám bề mặt (l=0. Độ nhám bề mặt gia công đã được phóng đại lên nhiều lần thể hiện trên hình 2.1 Ðộ nhám bề mặt Theo tiêu chuẩn TCVN 2511-1995 thì nhám bề mặt được đánh giá thông qua bảy chỉ tiêu. Thông thường người ta chỉ dung hai chỉ tiêu.

Đó là: Ra và Rz. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 13 Trong đó: +Ra là sai lệch trung bình số học của profin, là trung bình số học các giá trị tuyệt đối của sai lệch profin(y) trong khoảng chiều dài chuẩn. Sai lệch profin(y) là khoảng cách từ các điểm trên đường profin đến đường trung bình đo theo phương pháp tuyến tới đường trung bình. Đường trung bình (m) là đường chia profin bề mặt sao cho trong phạm vi chiều dài chuẩn l tổng diện tích hai phía của đường chuẩn bằng nhau.R a được xác định theo công thức Ra= = +Rz là chiều cao nhấp nhô profin theo mười điểm, là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của chiều cao năm đỉnh cao năm đỉnh cao nhất và năm đáy thấp nhất của profin trong chiều dài chuẩn l.

Rz được xác định theo công thức. Rz= Ngoài ra độ nhám bề mặt được đánh giá qua chiều cao nhấp nhô lớn nhất R max. Chiều cao nhấp nhô Rmax là khoảng cách giữa hai đỉnh cao nhất và thấp nhất của nhám (profin bề mặt trong giới hạn chiều dài chuẩn l) Cũng theo tiêu chuẩn TCVN 2511-1995 thì độ nhám bề mặt được chia làm 14 cấp, từ cấp 1 đến cấp 14 với các giá trị Ra,Rz. Trị số nhám càng bé thì bề mặt càng nhẵn và ngược lại.

Độ nhám bề mặt thấp nhất hay độ bóng bề mặt cao nhất ứng với cấp 14(tương ứng với Ra ). Việc chọn chỉ tiêu Ra hay Rz là tuỳ thuộc vào chất lượng yêu cầu của bề mặt. Chỉ tiêu Ra được gọi là thông số ưu tiên và được sử dụng phổ biến nhất do nó cho phép đánh giá chính xác và thuận tiện hơn những bề mặt có ưu cầu độ nhám trung bình (độ nhám từ cấp 6÷12). Đối với những bề mặt có độ nhám quá thô (từ cấp 1÷5) và rất tinh (cấp 13,14) thì dùng chỉ tiêu Rz sẽ cho ta khả năng đánh giá chính xác hơn khi dùng Ra (Bảng 2.1) LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 14 Cấp độ Thông số nhám(µm) Chiều dài Nhám bề Loại Ra Rz chuẩn(mm) mặt 1 Từ 320 đến 160 8,0 2 <160-80 3 <80-40 4 <40-20 5 <20-10 2,5 a Từ 2,5 đến 2,0 6 b <2,0 đến1,6 c <1,6 đến 1,25 a <1,25 đến1,0 7 b <1,00 đến 0,80 c <0,80 đến 0,63 a <0,63 đến 0,50 8 b <0,50 đến 0,40 0,8 c <0,40 đến 0,32 a <0,32 đến 0,25 9 b <0,25 đến 0.20 đến 0,16 a <0,16 đến 0,125 10 b <0,125 đến 0,100 c <0,100 đến 0,080 a <0,080 đến 0,063 11 b <0,063 đến 0,050 c <0,050 đến 0,040 a <0,040 đến 0,032 12 b <0,032 đến 0,025 c <0,025 đến 0,020 0,25 Từ 0,100 đến 13 a 0,080 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 15 b <0,080 đến 0,063 c <0,063 đến 0,050 14 a <0,050 đến 0,040 0.08 b <0,040 đến 0,032 c <0,032 đến 0,025 Bảng 2-1 Các giá trị Ra và Rz theo chiều dài chuẩn l ứng với cấp độ nhám bề mặt.

Trong thực tế sản xuất nhiều khi người ta đánh giá độ nhám bề mặt theo các mức độ thô (cấp 1÷4), bán tinh (5÷7), tinh (8÷11) và siêu tinh (12÷14). Theo Bama[6,7] thông thường tiện cứng đạt cấp chính xác dung sai IT cấp 5÷7 với độ nhám bề mặt Rz = 2÷4µm. Trong điều kiện gia công tốt cấp chính xác dung sai IT đạt cấp 3÷5 và độ nhám bề mặt 1,5µm. -Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt Để đánh giá độ nhám bề mặt người ta thường dùng các phương pháp sau: +Phương pháp quang học(Dùng kính hiển vi Linich).

Phương pháp này đo được bề mặt có độ nhẵn cao thường từ cấp 10 đến cấp 14. +Phương pháp đo độ nhám Ra,Rz,Rmax… bằng máy đo profin. Phương pháp này sử dụng mũi dò để đo profin lớp bề mặt có cấp độ nhẵn đến cấp 11. Đây chính là phương pháp được tác giả sử dụng để đánh giá độ nhám bề mặt khi tiện cứng.

Tuy nhiên với các bề mặt lỗ thường phải in bằng chất dẻo bề mặt chi tiết rồi mới đo bảng in trên các máy đo độ nhám bề mặt. +Phương pháp so sánh có thể so sánh theo 2 cách So sánh bằng mắt: Trong các phân xưởng sản xuất người ta mang vật mẫu so sánh với bề mặt gia công và kết luận xem bề mặt gia công đạt cấp độ nào. Tuy nhiên phương pháp này chỉ cho phép xác định được cấp độ bóng từ cấp 3 đến cấp 7 và có độ chính xác thấp, phương pháp này phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người thực hiện. So sánh bằng kính hiển vi quang học.

*Độ sóng bề mặt: Chu kì không bằng phẳng của chi tiết gia công được quan sát trong phạm vi khoảng lớn tiêu chuẩn(từ 1 đến 10mm) được gọi là độ sóng bề mặt. Nguyên nhân xuất hiện độ sóng bề mặt là do rung động của hệ thống công nghệ. Do quá trình cắt liên tục, LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 16 độ đảo của dụng cụ cắt… Thông thường độ sóng bề mặt xuất hiện khi gia công các chi tiết có kích thước vừa và lớn bằng các phương pháp tiện, phay,mài… Trong tiện tinh chiều sâu cắt nhỏ thông thường từ 0,1 đến 0,5mm và tiện chính xác thì chiều sâu cắt nằm trong khoảng từ 0,02 đến 0,3mm. Do đó lực cắt sẽ không cao, đồng thời yêu cầu độ cứng vững công nghệ cao dẫn đến rung động nhỏ.

Do đó độ sóng bề mặt nhỏ. Vì vậy đề tài không đánh giá độ sóng bề mặt. *Tính chất cơ lý của lớp bề mặt sau gia công cơ. -Hiện tượng biến cứng của lớp bề mặt.

Mức độ biến Chiều sâu lớp Phương pháp gia công cứng (%) biếncứng (µm) Tiện thô 120÷150 30÷50 Tiện tinh 140÷180 20÷60 Phay bằng dao phay mặt đầu 140÷160 40÷100 Phay bằng dao phay trụ 120÷140 40÷80 Khoan và khoét 160÷170 180÷200 Doa 150÷160 150÷200 Chuốt 150÷200 20÷75 Phay lăn răng và xọc răng 160÷200 120÷200 Cà răng 120÷180 80÷100 Mài tròn thép chưa nhiệt luyện 140÷160 30÷60 Mài tròn thép ít các bon 160÷200 30÷60 Mài tròn ngoài các thép sau nhiệt luyện 125÷130 20÷40 Mài phẳng 150 16÷25 Bảng 2.2 Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng của các phương pháp gia công Trong quá trình gia công cơ, dưới tác dụng của lực cắt, mạng tinh thể của lớp kim loại bị xô lệch và biến dạng dẻo ở vùng trước và sau lưỡi cắt. Phôi được tạo ra do biến dạng dẻo của kim loại trong vùng trượt. Trong vùng cắt thể tích riêng của kim loại tăng còn mật độ kim loại giảm làm xuất hiện ứng suất. Khi đó nhiều tính chất của lớp kim loại bề mặt bị thay đổi như giới hạn bền, độ cứng, độ giòn được nâng cao đồng thời tính dẻo dai giảm…Kết quả là lớp bề mặt kim loại bị cứng nguội và có độ cứng tế vi rất cao.

Mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng phụ thuộc vào các phương pháp gia công cơ và các thông số hình học của dao. Cụ thể là phụ thuộc vào LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 17 lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của kim loại và nhiệt trong vùng cắt. Lực cắt làm cho mức độ biến dạng dẻo tăng, kết quả là chiều sâu lớp biến cứng và biến cứng bề mặt tăng. Nhiệt sinh ra trong vùng cắt sẽ hạn chế sự biến cứng lớp bề mặt.

Như vậy mức độ biến cứng của lớp bề mặt phụ thuộc vào tỷ lệ tác động giữa 2 yếu tố. Đó là: Lực cắt và nhiệt cắt sinh ra trong vùng cắt. Khả năng tạo ra mức độ và chiều sâu lớp biến cứng lớp bề mặt của các phương pháp gia công cơ khác nhau được thể hiện trên bảng 2.