Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Một Số Thông Số Công Nghệ Đến Độ Nhám và Độ Không Tròn Chi Tiết Khi Mài Vô Tâm Thép 20X

• Tác giả: Nguyễn Thành Chung
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Cường
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Các Thông Số Công Nghệ Đến Độ Nhám và Độ Không Tròn Khi Mài Vô Tâm Thép 20X
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP MÀI VÔ TÂM
• 1.1. Đặc điểm của quá trình mài
• 1.2. Mô hình quá trình mài vô tâm
• 1.3. Ưu điểm phạm vi ứng dụng của phương pháp mài vô tâm
• 1.4. Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hướng kính
• 1.5. Nguyên lý hình thành bề mặt
• 1.6. Chiều sâu cắt
• 1.7. Chiều dài tiếp xúc
• 1.7.1. Chiều dài tiếp xúc hình học
• 1.7.2. Chiều dài tiếp xúc động học
• 1.8. Đường kính đá mài tương đương
• 1.9. Chiều dày phoi tương đương
• 1.10. Lượng chạy dao hướng kính
• 1.11. Tốc độ đá mài
• 1.12. Chiều cao tâm chi tiết
• 1.13. Lượng dịch chuyển tâm chi tiết
• 1.14. Động lực học quá trình mài
• 1.14.1. Hệ thống động lực học
• 1.14.2. Tốc độ bóc vật liệu
• 1.15. Năng lượng riêng
• 1.16. Một số dạng sai hỏng thường gặp khi mài vô tâm chạy dao hướng kính và các nguyên nhân chính
• 1.17. Độ nhám bề mặt
• 1.18. Kích thước đường kính không ổn định
• 1.19. Độ côn
• 1.20. Độ sóng bề mặt
• 1.21. Vết cào xước trên bề mặt gia công
• 1.22. Vết cháy trên bề mặt gia công
• 1.23. Một số hướng nghiên cứu về phương pháp mài vô tâm
• 1.23.1. Một số nghiên cứu về nhám bề mặt của chi tiết khi mài vô tâm
• 1.23.2. Ảnh hưởng của phương pháp mài đến nhám bề mặt
• 1.23.3. Ảnh hưởng của phương pháp sửa đá mài đến nhám bề mặt
• 1.23.4. Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến nhám bề mặt
• 1.24. Một số nghiên cứu độ không tròn của bề mặt chi tiết
• 1.24.1. Ảnh hưởng của phương pháp sửa đá dẫn đến độ không tròn
• 1.24.2. Ảnh hưởng của độ chính xác biên dạng đá dẫn đến độ không tròn
• 1.24.3. Ảnh hưởng của góc cao tâm, góc nghiêng bề mặt thanh tỳ đến độ không tròn
• 1.24.4. Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ
• 1.25. Một số nghiên cứu về mô phỏng
• 1.26. Kết luận chương 1
• 1.27. Xác định hướng nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH MÀI VÔ TÂM CHẠY DAO HƢỚNG KÍNH ĐẾN ĐỘ NHÁM VÀ ĐỘ KHÔNG TRÒN CỦA BỀ MẶT CHI TIẾT
• 2.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm
• 2.2. Hệ thống thí nghiệm
• 2.3. Vật liệu thí nghiệm
• 2.4. Đá mài thí nghiệm
• 2.5. Công nghệ trơn nguội
• 2.6. Thiết bị đo độ tròn
• 2.7. Thiết bị đo độ nhám bề mặt
• 2.8. Một số điều kiện khác
• 2.9. Nghiên cứu thực nghiệm một số thông số công nghệ ảnh hưởng đến độ nhám, độ tròn của bề mặt chi tiết khi mài vô tâm chạy dao hướng kính thép 20X, thấm các bon
• 2.9.1. Ảnh hưởng của góc cao tâm của chi tiết
• 2.9.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao dọc khi sửa đá mài
• 2.9.3. Ảnh hưởng của lượng chạy hướng kính
• 2.9.4. Ảnh hưởng của vận tốc đá dẫn
• 2.10. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH MÀI VÔ TÂM CHẠY DAO HƢỚNG KÍNH ĐẾN ĐỘ KHÔNG TRÒN CỦA BỀ MẶT CHI TIẾT
• 3.1. Mục đích nghiên cứu mô phỏng
• 3.2. Phương pháp mô phỏng của W. Giao diện chương trình mô phỏng
• 3.2.1. Điều kiện mô phỏng
• 3.2.2. Tiến hành mô phỏng
• 3.3. Mô phỏng với sự thay đổi góc cao tâm
• 3.4. Mô phỏng với sự thay đổi lượng chạy dao hướng kính
• 3.5. Mô phỏng với sự thay đổi số vòng quay đá dẫn
• 3.6. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN CHUNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

I. Tổng Quan Về Mài Vô Tâm Thép 20X Bí Quyết Ứng Dụng

Mài là một quy trình gia công quan trọng, chiếm 20-25% tổng chi phí trong gia công cơ khí. Quá trình này sử dụng các hạt mài có độ cứng cao để cắt gọt vật liệu. Mài khác biệt so với các phương pháp gia công khác ở chỗ nó sử dụng đá mài với vô số lưỡi cắt không liên tục, kích thước nhỏ và phân bố ngẫu nhiên. Tốc độ cắt khi mài rất cao, thường trên 30 m/s, và có thể lên đến 120 m/s hoặc hơn trong mài cao tốc. Do góc cắt không thuận lợi và tốc độ cắt cao, nhiệt độ vùng cắt rất lớn, từ 1000 đến 1500 độ C, làm thay đổi cấu trúc tế vi của lớp kim loại bề mặt. Mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt, rất nhỏ, và số lượng phoi tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn, tạo ra độ nhẵn bóng và độ chính xác cao.

1.1. Đặc Điểm Nổi Bật Của Quá Trình Mài Vô Tâm

Quá trình mài có những đặc điểm riêng biệt. Đá mài có khả năng tự mài sắc, các hạt mài mòn sẽ tự bật ra, tạo điều kiện cho các hạt mài mới tham gia cắt. Một số hạt mài bị vỡ, tạo thành các lưỡi cắt mới. Tuy nhiên, việc điều khiển quá trình mài gặp nhiều khó khăn do không thể chủ động thay đổi hình dáng và vị trí của hạt mài. Các quy luật của quá trình mài vẫn chưa được nghiên cứu hoàn thiện. Mài có thể gia công được các vật liệu rất cứng như thép tôi và hợp kim cứng, nhưng lại khó gia công các vật liệu mềm.

1.2. Mô Hình Hóa Quá Trình Mài Vô Tâm Thép 20X

Quá trình mài vô tâm có thể được mô tả bằng một mô hình phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều thông số công nghệ. Nghiên cứu quá trình mài với tất cả các thông số là một công việc phức tạp và thường không thể thực hiện được trong phạm vi một nghiên cứu. Do đó, cần lựa chọn một số thông số quan trọng để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến kết quả mài. Các thông số này có thể bao gồm tốc độ đá mài, tốc độ phôi, chiều sâu cắt và áp lực mài.

II. Ưu Điểm Ứng Dụng Mài Vô Tâm Thép 20X Trong Cơ Khí

Trong gia công cơ khí, thời gian điều chỉnh máy và thời gian phụ có thể làm giảm hiệu quả kinh tế của quá trình. Phương pháp mài vô tâm bề mặt trụ ngoài có ưu điểm là không cần gia công lỗ tâm như một số phương pháp khác. Chi tiết được định vị bằng chính bề mặt gia công của nó, giảm thời gian và chi phí, đồng thời tránh được sai số do lỗ tâm gây ra. Chi tiết không yêu cầu kẹp chặt khi gia công, tiết kiệm thời gian phụ, dễ tự động hóa và cải thiện độ chính xác nhờ nâng cao độ chính xác của hệ truyền động.

2.1. Lợi Ích Vượt Trội Của Mài Vô Tâm So Với Phương Pháp Khác

Mài vô tâm thực sự phát huy hiệu quả nhờ những ưu điểm sau: thời gian gia công ít hơn do bề rộng đá mài lớn và tuổi bền cao, thời gian phụ ít hơn do không cần kẹp chặt chi tiết, độ chính xác cao hơn do tránh được sai số từ lỗ tâm, và khả năng gia công vật liệu có độ cứng cao nhờ hạt mài cứng. Các yếu tố này làm cho mài vô tâm trở thành một lựa chọn hiệu quả trong nhiều ứng dụng gia công cơ khí.

2.2. Phạm Vi Ứng Dụng Rộng Rãi Của Mài Vô Tâm Thép 20X

Phạm vi gia công của phương pháp mài vô tâm về hình dạng chi tiết và vật liệu gia công là tương đối rộng. Phương pháp này được sử dụng để làm sạch bề mặt nhanh chóng, làm tròn bề mặt gia công và nâng cao chất lượng bề mặt. Bề mặt phôi có thể là hình đa cạnh hoặc hình trụ, và có thể tiến hành mài vô tâm bề mặt trong hay bề mặt ngoài. Quá trình gia công thường được tự động hóa sản xuất để giảm tối đa công lao động. Mài vô tâm đặc biệt hiệu quả trong sản xuất loạt lớn - hàng khối, như các chi tiết ô tô, vòng bi, động cơ diesel, đồ định vị và chi tiết ngành dệt.

III. Sơ Đồ Mài Vô Tâm Chạy Dao Hướng Kính Phân Tích Chi Tiết

Khi gia công bề mặt trụ ngoài bằng phương pháp mài vô tâm chạy dao hướng kính, vị trí của chi tiết gia công nằm giữa đá mài, thanh tỳ, đá dẫn và cữ chặn. Các thành phần này quyết định tốc độ quay của chi tiết gia công. Trong hầu hết các máy mài vô tâm, đá dẫn, chi tiết, thanh tỳ và cữ chặn sẽ tiến về phía tâm đá mài trong quá trình mài chạy dao hướng kính. Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hướng kính bề mặt trụ ngoài thể hiện rõ mối quan hệ giữa các thành phần này.

3.1. Vai Trò Của Các Thành Phần Trong Sơ Đồ Mài Vô Tâm

Trong sơ đồ mài vô tâm, đá mài thực hiện chức năng cắt gọt vật liệu, thanh tỳ hỗ trợ và định vị chi tiết, đá dẫn điều khiển tốc độ quay của chi tiết, và cữ chặn giới hạn chuyển động của chi tiết. Sự phối hợp chính xác giữa các thành phần này đảm bảo quá trình mài diễn ra ổn định và đạt được độ chính xác cao.

3.2. Ảnh Hưởng Của Thông Số Hình Học Đến Độ Chính Xác

Các thông số hình học của hệ thống, như đường kính đá mài, đường kính đá dẫn, góc nghiêng thanh tỳ, đường kính và chiều cao tâm của chi tiết, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của quá trình mài. Việc điều chỉnh các thông số này một cách tối ưu là rất quan trọng để đạt được độ nhám bề mặt và độ không tròn mong muốn.

IV. Nguyên Lý Hình Thành Bề Mặt Khi Mài Vô Tâm Thép 20X

Đối với phương pháp mài vô tâm, gia công các bề mặt trụ tròn xoay có độ không tròn nhỏ là mục tiêu của hầu hết các quá trình mài tinh. Để gia công được các chi tiết có độ không tròn nhỏ, trước hết phải tiến hành tìm hiểu nguyên lý hình thành bề mặt chi tiết. Từ đó xác định được các yếu tố có ảnh hưởng đến độ không tròn của chi tiết khi mài vô tâm. Bán kính của chi tiết (rct) là một hàm của góc φ.

4.1. Công Thức Xác Định Độ Không Tròn Chi Tiết

Chief đã xây dựng công thức xác định độ không tròn trên chi tiết ứng với thời điểm chi tiết quay được một góc φ. Công thức này cho thấy độ không tròn của bề mặt chi tiết phụ thuộc vào sai số ban đầu của chi tiết và các yếu tố hình học như góc giữa pháp tuyến chung của đá mài - chi tiết và pháp tuyến chung của thanh tỳ - chi tiết, cũng như góc giữa pháp tuyến chung của thanh tỳ - chi tiết và pháp tuyến chung của đá dẫn - chi tiết.

4.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Độ Không Tròn Bề Mặt

Độ không tròn của bề mặt chi tiết phụ thuộc vào sai số ban đầu của chi tiết và các yếu tố hình học. Điều này có nghĩa là độ không tròn của bề mặt chi tiết phụ thuộc vào độ chính xác ban đầu của chi tiết và các thông số công nghệ của hệ thống, bao gồm đường kính đá mài, đường kính đá dẫn, góc nghiêng thanh tỳ, đường kính và chiều cao tâm của chi tiết.

V. Chiều Sâu Cắt Chiều Dài Tiếp Xúc Trong Mài Vô Tâm 20X

Khi mài vô tâm, chiều sâu cắt thực tế nhỏ hơn chiều sâu cắt điều chỉnh vì có sự rung động của hệ thống công nghệ. Giả sử hệ thống công nghệ tuyệt đối cứng vững, chiều sâu cắt thực tế khi mài vô tâm được xác định theo công thức liên quan đến lượng chạy dao hướng kính, đường kính chi tiết và vận tốc chi tiết. Chiều dài tiếp xúc bao gồm chiều dài tiếp xúc hình học và chiều dài tiếp xúc động học.

5.1. Xác Định Chiều Sâu Cắt Thực Tế Khi Mài Vô Tâm

Chiều sâu cắt thực tế là một thông số quan trọng trong quá trình mài, ảnh hưởng trực tiếp đến lượng vật liệu được loại bỏ và độ nhám bề mặt. Việc xác định chính xác chiều sâu cắt thực tế giúp điều chỉnh các thông số công nghệ khác để đạt được kết quả mài tối ưu.

5.2. Chiều Dài Tiếp Xúc Hình Học Động Học Phân Tích

Chiều dài tiếp xúc hình học phụ thuộc vào chiều sâu cắt thực tế và đường kính đá mài tương đương. Chiều dài tiếp xúc động học phụ thuộc vào lực tác động giữa đá mài và chi tiết gia công, hệ số độ nhám, thành phần lực pháp tuyến, bề rộng tiếp xúc và mô đun đàn hồi hữu hiệu. Cả hai loại chiều dài tiếp xúc này đều quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của quá trình mài.

VI. Tối Ưu Thông Số Mài Vô Tâm Thép 20X Hướng Dẫn Chi Tiết

Quá trình mài chịu ảnh hưởng của đường kính đá mài tương đương. Khi mài vô tâm bề mặt trong, đường kính đá mài nhỏ hơn so với mài vô tâm bề mặt ngoài. Do đó, đường kính đá mài tương đương ảnh hưởng đến quá trình mài vô tâm bề mặt trong lớn hơn so với bề mặt ngoài. Chiều dày phoi tương đương là đại lượng xác định chiều sâu của hạt mài cắt vào bề mặt chi tiết, đồng thời cũng là chiều dày của lớp vật liệu chi tiết gia công được bóc đi bởi vận tốc của hạt mài.

6.1. Ảnh Hưởng Của Lượng Chạy Dao Hướng Kính Đến Bề Mặt

Khi tăng lượng chạy dao hướng kính sẽ làm tăng tốc độ bóc vật liệu. Tuy nhiên, tăng tốc độ bóc vật liệu sẽ làm tăng chiều dày lớp phoi được bóc đi, tăng ứng suất trên mỗi hạt mài, tăng lực cắt và làm tăng hiện tượng tự mài sắc. Kết quả là độ nhám bề mặt tăng và đá nhanh mòn.

6.2. Tốc Độ Đá Mài Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Khác

Tăng tốc độ đá mài có thể cải thiện hiệu quả mài, nhưng cũng cần xem xét các yếu tố khác như vật liệu đá mài, dung dịch trơn nguội và độ cứng của vật liệu gia công để đảm bảo quá trình mài diễn ra ổn định và đạt được chất lượng bề mặt mong muốn. Việc tối ưu hóa các thông số công nghệ mài là rất quan trọng để đạt được hiệu quả và chất lượng gia công cao nhất.

Tổng quan nghiên cứu (250-300 từ)

Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến độ nhám và độ không tròn của bề mặt chi tiết khi mài vô tâm chạy dao hướng kính thép 20X thấm cacbon. Mài vô tâm là một quá trình gia công phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố và việc điều khiển quá trình mài vô tâm gặp nhiều khó khăn. Hiện nay, hầu hết các cơ sở áp dụng phương pháp mài vô tâm trong sản xuất vẫn điều chỉnh các thông số cho quá trình mài theo các số liệu trong sổ tay hoặc theo kinh nghiệm của người thợ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu (400-450 từ)

Khung lý thuyết áp dụng

Mài vô tâm là một quá trình gia công phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố và việc điều khiển quá trình mài vô tâm gặp nhiều khó khăn. Để nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến độ nhám và độ không tròn của bề mặt chi tiết khi mài vô tâm chạy dao hướng kính thép 20X thấm cacbon, chúng tôi sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được sử dụng để khảo sát ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến độ nhám và độ không tròn của bề mặt chi tiết khi mài vô tâm chạy dao hướng kính thép 20X thấm cacbon. Các thông số công nghệ được khảo sát bao gồm góc cao tâm của chi tiết, lượng chạy dao dọc khi sửa đá mài, lượng chạy dao hướng kính và vận tốc đá dẫn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận (450-500 từ)

Những phát hiện chính

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng bốn thông số công nghệ cơ bản của quá trình mài là góc cao tâm của chi tiết, lượng chạy dao dọc khi sửa đá mài, lượng chạy dao hướng kính và vận tốc đá dẫn đều có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám và độ không tròn trên bề mặt chi tiết.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng khoảng giá trị của các thông số góc cao tâm của chi tiết, lượng chạy dao dọc khi sửa đá mài, lượng chạy dao hướng kính và vận tốc đá dẫn có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám và độ không tròn trên bề mặt chi tiết. Khoảng giá trị này của các thông số công nghệ là cơ sở cho việc nghiên cứu tối ưu quá trình mài.

Đề xuất và khuyến nghị (300-350 từ)

Dựa trên kết quả nghiên cứu, chúng tôi đề xuất một số giải pháp để cải thiện độ nhám và độ không tròn của bề mặt chi tiết khi mài vô tâm chạy dao hướng kính thép 20X thấm cacbon. Các giải pháp bao gồm:

• Điều chỉnh góc cao tâm của chi tiết trong khoảng 4,8° đến 9,6°.
• Điều chỉnh lượng chạy dao dọc khi sửa đá mài trong khoảng 100 mm/ph đến 500 mm/ph.
• Điều chỉnh lượng chạy dao hướng kính trong khoảng 2 μm/s đến 18 μm/s.
• Điều chỉnh vận tốc đá dẫn trong khoảng 18,9 m/ph đến 40,3 m/ph.

Đối tượng nên tham khảo luận văn (200-250 từ)

Luận văn này là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà nghiên cứu, kỹ sư và sinh viên chuyên ngành cơ khí, đặc biệt là những người quan tâm đến lĩnh vực gia công cơ khí và mài vô tâm.

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

Dưới đây là một số câu hỏi thường gặp liên quan đến luận văn này:

• Mài vô tâm là gì?
• Ưu điểm của mài vô tâm là gì?
• Các thông số công nghệ nào có ảnh hưởng đến độ nhám và độ không tròn của bề mặt chi tiết khi mài vô tâm chạy dao hướng kính thép 20X thấm cacbon?
• Khoảng giá trị của các thông số công nghệ nào là cơ sở cho việc nghiên cứu tối ưu quá trình mài?

Kết luận (150-200 từ)

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng bốn thông số công nghệ cơ bản của quá trình mài là góc cao tâm của chi tiết, lượng chạy dao dọc khi sửa đá mài, lượng chạy dao hướng kính và vận tốc đá dẫn đều có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám và độ không tròn trên bề mặt chi tiết. Khoảng giá trị này của các thông số công nghệ là cơ sở cho việc nghiên cứu tối ưu quá trình mài.