Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Các Thông Số Cắt Đến Chi Phí Năng Lượng Và Độ Nhám Bề Mặt Khi Tiện Trơn Gang

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện trên thế giới

1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở nước ta

2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Mục tiêu nghiên cứu

2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

2.3. Nội dung nghiên cứu

2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết

2.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm

2.4. Phương pháp nghiên cứu

2.4.1. Nội dung của phương pháp qui hoạch thực nghiệm

2.4.2. Thí nghiệm thăm dò

2.4.3. Thực nghiệm đơn yếu tố

2.4.4. Thực nghiệm đa yếu tố

2.4.5. Xác định các giá trị hợp lý

3. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy tiện EER 1330

3.2. Nguyên lý hoạt động

3.3. Chi phí năng lượng riêng

3.4. Ảnh hưởng của các yếu tố đến lực cắt khi tiện

3.5. Độ nhám bề mặt gia công

4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

4.1. Chuẩn bị thực nghiệm

4.2. Kết quả thí nghiệm thăm dò

4.3. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố

4.4. Ảnh hưởng của góc cắt sau tới chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt

4.5. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt gia công

4.6. Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới chi phí năng lượng riêng

4.7. Kết quả nghiên cứu đa yếu tố

4.7.1. Chọn vùng và các khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng

4.7.2. Xác lập ma trận thí nghiệm

4.7.3. Tiến hành thí nghiệm theo ma trận Harley

4.7.4. Xác định mô hình toán và thực hiện các phép tính kiểm tra

4.7.5. Chuyển phương trình hồi quy của các hàm mục tiêu về dạng thực

4.7.6. Xác định giá trị tối ưu của các thông số v, u và β

4.7.7. Các trị số công nghệ hợp lý khi tiện trơn gang bằng máy tiện EER1330

5. KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Thông Số Cắt Tiện Gang

Ngành cơ khí chế tạo giữ vai trò then chốt trong việc tạo ra máy móc, thiết bị, và sản phẩm phục vụ đời sống. Sự phát triển của ngành này tác động lớn đến nhiều ngành khác, quyết định năng suất lao động xã hội. Gia công kim loại bằng cắt gọt, đặc biệt là tiện trơn gang, là phương pháp phổ biến. Trong các nhà máy cơ khí, máy tiện chiếm số lượng lớn (30-40%). Ở các nước phát triển, gia công cắt gọt đóng vai trò quan trọng, thường được hỗ trợ bởi robot và hệ thống điều khiển tự động, đảm bảo hoạt động theo chương trình và chế độ cắt hợp lý. Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của các thông số cắt đến chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt khi tiện gang. Thủ tướng chính phủ đã phê duyệt Chiến lược phát triển ngành cơ khí Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn tới 2020, trong đó có chiến lược phát triển máy công cụ, ưu tiên phát triển ngành chế tạo máy công cụ nhằm đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp, nghiên cứu thiết kế, chế tạo các mẫu máy hiện đại.

1.1. Tầm quan trọng của tiện trơn gang trong gia công cơ khí

Gia công bằng phương pháp tiện chiếm tỷ trọng lớn trong gia công kim loại bằng cắt gọt. Do đó, việc nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình tiện trơn gang là rất quan trọng. Các nghiên cứu về tối ưu hóa thông số cắt có thể giúp giảm thiểu chi phí năng lượng và cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm.

1.2. Vai trò của chiến lược phát triển ngành cơ khí Việt Nam

Chiến lược phát triển ngành cơ khí Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn tới 2020, đóng vai trò quan trọng trong việc định hướng phát triển ngành. Việc ưu tiên phát triển ngành chế tạo máy công cụ, nghiên cứu thiết kế, chế tạo các mẫu máy hiện đại (ứng dụng công nghệ PLC, CNC) và các thiết bị gia công đặc biệt sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành cơ khí.

II. Thách Thức Tối Ưu Chi Phí Độ Nhám Khi Tiện Gang

Việt Nam chủ yếu nhập khẩu máy tiện từ nước ngoài với số lượng lớn và nhiều chủng loại khác nhau. Điều này đặt ra vấn đề sử dụng hợp lý các loại máy tiện nhập nội trong điều kiện qui mô sản xuất vừa và nhỏ, đảm bảo năng suất, chất lượng cao và giá thành sản phẩm gia công thấp. Các thông số kỹ thuật của dao cắt và chế độ gia công như tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, chế độ bôi trơn ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất lượng, và giá thành sản phẩm. Theo tác giả Lê Hồng Thanh trong luận văn “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của góc sau, chiều sâu cắt, tốc độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn gang trên máy tiện EER1330”, các yếu tố này cần được xem xét kỹ lưỡng. Việc tối ưu hóa thông số cắt là một thách thức lớn trong quá trình gia công gang.

2.1. Khó khăn trong việc sử dụng máy tiện nhập khẩu tại Việt Nam

Do quy mô sản xuất vừa và nhỏ ở Việt Nam, việc sử dụng hiệu quả các loại máy tiện nhập khẩu đòi hỏi nghiên cứu kỹ lưỡng về các thông số cắt và chế độ gia công. Cần có phương pháp tối ưu hóa thông số cắt phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế.

2.2. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng và chi phí gia công

Tốc độ cắt, lượng chạy dao, và chiều sâu cắt có ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt, tuổi thọ dao, và chi phí năng lượng. Cần tìm ra sự cân bằng giữa các yếu tố này để đạt được hiệu quả gia công tốt nhất.

2.3. Vấn đề năng lượng tiêu thụ khi tiện trơn gang

Một trong những thách thức lớn khi tiện trơn gang là năng lượng tiêu thụ trong quá trình gia công. Việc tối ưu hóa thông số cắt không chỉ giúp cải thiện độ nhám bề mặt mà còn giảm đáng kể chi phí năng lượng. Các nghiên cứu về phân tích năng lượng trong quá trình tiện là rất cần thiết.

III. Cách Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Thông Số Cắt Đến Độ Nhám

Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số cắt đến độ nhám bề mặt và chi phí năng lượng khi tiện trơn gang đòi hỏi phương pháp tiếp cận toàn diện. Điều này bao gồm: Nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm đơn yếu tố, và thực nghiệm đa yếu tố. Nghiên cứu lý thuyết tập trung vào phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt và độ nhám bề mặt, chi phí năng lượng riêng trong quá trình gia công. Thực nghiệm đơn yếu tố giúp xác định ảnh hưởng của từng thông số cắt riêng lẻ đến các chỉ tiêu chất lượng. Thực nghiệm đa yếu tố sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xác định mối quan hệ giữa các thông số cắt và các chỉ tiêu chất lượng. Theo Lê Hồng Thanh, việc kết hợp các phương pháp này giúp xác định các giá trị hợp lý của các thông số cắt.

3.1. Nghiên cứu lý thuyết về ảnh hưởng của lực cắt

Nghiên cứu lý thuyết cần tập trung vào phân tích các thành phần lực cắt (tiếp tuyến, hướng kính, chạy dao) và ảnh hưởng của chúng đến độ nhám bề mặt. Các yếu tố như góc cắt, vật liệu dao, và vật liệu phôi cũng cần được xem xét.

3.2. Thực nghiệm đơn yếu tố Xác định ảnh hưởng của từng thông số

Thực nghiệm đơn yếu tố giúp xác định rõ ảnh hưởng của từng thông số cắt (ví dụ: tốc độ cắt, chiều sâu cắt, lượng chạy dao) đến chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt. Kết quả từ thực nghiệm này là cơ sở cho thực nghiệm đa yếu tố.

3.3. Thực nghiệm đa yếu tố và phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm (ví dụ: ma trận Hartley) cho phép xác định mối quan hệ giữa nhiều thông số cắt đồng thời và các chỉ tiêu chất lượng. Phương pháp này giúp xây dựng mô hình toán học mô tả quá trình gia công và tìm ra các thông số cắt tối ưu.

IV. Phân Tích Ảnh Hưởng Của Góc Sau Đến Chi Phí Tiện

Góc sau của dao tiện ảnh hưởng đáng kể đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn gang. Góc sau quá nhỏ có thể gây ma sát lớn, tăng chi phí năng lượng. Góc sau quá lớn có thể làm giảm độ bền của dao. Theo kết quả nghiên cứu của Lê Hồng Thanh, có một góc sau tối ưu giúp cân bằng giữa chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt. Việc xác định góc sau tối ưu đòi hỏi thực nghiệm và phân tích thống kê. Nghiên cứu cần sử dụng các phương pháp đo độ nhám bề mặt chính xác.

4.1. Mối quan hệ giữa góc sau và chi phí năng lượng riêng

Ma sát giữa dao và phôi là nguyên nhân chính gây ra chi phí năng lượng cao. Góc sau hợp lý giúp giảm ma sát và do đó giảm năng lượng tiêu thụ. Cần xác định góc sau tối ưu để tối ưu chi phí.

4.2. Ảnh hưởng của góc sau đến độ nhám bề mặt gia công

Góc sau ảnh hưởng đến khả năng cắt và tạo hình bề mặt. Một góc sau không phù hợp có thể gây ra các vết xước hoặc biến dạng trên bề mặt gia công, làm tăng độ nhám. Việc kiểm soát góc sau là quan trọng để tối ưu độ nhám.

4.3. Thực nghiệm xác định góc sau tối ưu khi tiện trơn gang

Thực nghiệm cần được tiến hành với các góc sau khác nhau để xác định ảnh hưởng của chúng đến chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt. Kết quả thực nghiệm sẽ giúp xác định góc sau tối ưu cho quá trình tiện trơn gang cụ thể.

V. Ứng Dụng Kết Quả Nghiên Cứu Thông Số Cắt Trong Sản Xuất

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số cắt có thể được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất để tối ưu hóa quá trình tiện trơn gang. Điều này bao gồm việc lựa chọn thông số cắt phù hợp với vật liệu và yêu cầu chất lượng bề mặt, giảm chi phí năng lượng, và kéo dài tuổi thọ dao. Các mô hình toán học xây dựng từ kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để dự đoán và điều khiển quá trình gia công. Việc áp dụng các kết quả nghiên cứu này giúp nâng cao hiệu quả năng lượng và kinh tế gia công.

5.1. Ứng dụng mô hình toán học để dự đoán và điều khiển quá trình

Mô hình toán học mô tả mối quan hệ giữa thông số cắt và các chỉ tiêu chất lượng có thể được sử dụng để dự đoán kết quả gia công và điều chỉnh các thông số cắt trong thời gian thực để đạt được kết quả mong muốn.

5.2. Tối ưu hóa lựa chọn thông số cắt dựa trên vật liệu và yêu cầu

Các thông số cắt tối ưu phụ thuộc vào vật liệu phôi và yêu cầu về độ nhám bề mặt. Kết quả nghiên cứu giúp người vận hành máy tiện lựa chọn các thông số cắt phù hợp để đạt được hiệu quả gia công tốt nhất.

5.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế của việc tối ưu hóa thông số cắt

Việc tối ưu hóa thông số cắt có thể mang lại lợi ích kinh tế đáng kể thông qua giảm chi phí năng lượng, kéo dài tuổi thọ dao, và giảm thời gian gia công. Cần đánh giá hiệu quả kinh tế của việc áp dụng các kết quả nghiên cứu để thuyết phục các doanh nghiệp ứng dụng.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Tiện Trơn Gang

Nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số cắt đến chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn gang là một lĩnh vực quan trọng trong gia công cơ khí. Việc tối ưu hóa thông số cắt giúp cải thiện hiệu quả năng lượng, nâng cao chất lượng bề mặt, và giảm chi phí sản xuất. Hướng phát triển của nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc áp dụng các kỹ thuật mô hình hóa, phần mềm mô phỏng, và trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa quá trình gia công một cách tự động và hiệu quả hơn. Nghiên cứu cũng có thể mở rộng sang các vật liệu khác và các phương pháp gia công khác.

6.1. Tổng kết các kết quả chính và ý nghĩa của nghiên cứu

Nghiên cứu đã xác định được ảnh hưởng của các thông số cắt quan trọng (ví dụ: góc sau, tốc độ cắt, chiều sâu cắt) đến chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn trong việc tối ưu hóa quá trình tiện trơn gang.

6.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai Mô hình hóa và mô phỏng

Việc sử dụng mô hình hóa và phần mềm mô phỏng có thể giúp dự đoán và tối ưu hóa quá trình gia công một cách nhanh chóng và hiệu quả. Các mô hình có thể được xây dựng dựa trên kết quả thực nghiệm và các nguyên lý vật lý.

6.3. Áp dụng trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa thông số cắt tự động

Các thuật toán trí tuệ nhân tạo (ví dụ: học máy) có thể được sử dụng để tự động tối ưu hóa thông số cắt dựa trên dữ liệu thu thập từ quá trình gia công. Điều này giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người và nâng cao hiệu quả gia công.

Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Góc Cắt, Chiều Sâu Cắt, Tốc Độ Cắt Đến Chi Phí Năng Lượng Và Độ Nhám Bề Mặt Khi Tiện Trơn Gang