Nghiên Cứu Về Mài Phẳng Hợp Kim Titan Bằng Đá Mài cBN

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI PHẲNG HỢP KIM TITAN BẰNG ĐÁ MÀI cBN

1.1. Hợp kim Titan và đá mài cBN

1.1.1. Hợp kim Titan

1.1.1.1. Đặc tính và ứng dụng

1.1.1.2. Cấu trúc tinh thể

1.1.1.3. Tính gia công cắt gọt của hợp kim Titan

1.1.2. Hạt mài và đá mài cBN

1.1.2.1. Hạt mài cBN

1.2. Mài phẳng hợp kim Titan bằng đá mài cBN

1.2.1. Các phương pháp mài phẳng

1.2.2. Các thông số đặc trưng cho quá trình mài phẳng

1.3. Mài hợp kim Titan

1.3.1. Tính mài của hợp kim Titan

1.3.2. Đặc điểm khi mài hợp kim Titan

1.4. Mài hợp kim Titan bằng đá mài cBN

1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.5.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

1.6. Giới hạn nhiệm vụ nghiên cứu của luận án

1.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI PHẲNG HỢP KIM TITAN BẰNG ĐÁ MÀI cBN

2.1. Hình học và động học của quá trình mài phẳng

2.1.1. Chiều dài tiếp xúc hình học và chiều dài tiếp xúc thực

2.1.2. Chiều dày phoi chưa biến dạng

2.2. Lực mài, công suất mài và năng lượng mài riêng

2.2.1. Năng lượng riêng và hiệu ứng kích thước

2.2.2. Lực cắt khi hạt mài bị mòn phẳng

2.2.3. Năng lượng trượt, năng lượng cày xước và năng lượng tạo phoi

2.3. Đặc điểm của quá trình mài hợp kim Titan bằng đá mài cBN

2.4. Ảnh hưởng của dung dịch bôi trơn làm mát đến quá trình mài

2.4.1. Yêu cầu của dung dịch bôi trơn làm mát

2.4.2. Cơ chế bôi trơn làm mát và ảnh hưởng đến quá trình mài

2.4.3. Bôi trơn làm mát có bổ sung chất bôi trơn thể rắn

2.4.3.1. Giới thiệu chung

2.4.3.2. Tấm nano graphite tách lớp (xGnP)

2.4.3.3. Bo Nitrit lục giác (hBN)

2.4.3.4. Đặc tính của hạt nano xGnP-M25 và hBN-K05

2.5. Ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng bề mặt và năng suất gia công khi mài

2.5.1. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến nhám bề mặt

2.5.2. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến biến cứng bề mặt

2.5.3. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến năng suất gia công

2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Mô hình thực nghiệm

3.1.1. Hệ thống cung cấp dung dịch trơn nguội

3.2. Chi tiết mài

3.2.1. Phôi thực nghiệm

3.2.2. Cấu trúc tinh thể của hợp kim Ti64 ủ và Ti64 tôi

3.3. Các loại dung dịch bôi trơn làm mát

3.3.1. Dầu nhũ tương PV Cutting Oil

3.3.2. Dầu cắt gọt tổng hợp CIMTECH 3150-VLZ

3.3.3. Bột bôi trơn thể rắn

3.4. Dụng cụ sửa đá

3.5. Thiết bị đo lường

3.5.1. Kính hiển vi điện tử quét

3.5.2. Đồng hồ so

3.5.3. Thiết bị đo lực cắt

3.5.4. Máy đo nhám bề mặt

3.5.5. Máy đo độ cứng tế vi bề mặt

3.6. Lựa chọn các thông số thực nghiệm và xác định phương pháp thực nghiệm

3.6.1. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

3.6.2. Thông số thực nghiệm

3.6.3. Phương pháp thực nghiệm

3.6.3.1. Thực nghiệm 01 – Xác định mối quan hệ giữa chế độ cắt với chất lượng bề mặt

3.6.3.2. Thực nghiệm 02 – Xác định mối quan hệ giữa chế độ bôi trơn làm mát với chất lượng bề mặt

3.6.3.3. Thực nghiệm 03 – Xác định dải lượng tiến dao đạt được nhám bề mặt nhỏ nhất

3.7. Mô hình hóa quá trình mài bằng phương pháp phần tử hữu hạn

3.7.1. Mô hình phần tử hữu hạn

3.7.1.1. Mô hình vật liệu

3.7.1.2. Tiêu chuẩn phá hủy vật liệu

3.7.1.3. Điều kiện biên và định luật tiếp xúc

3.7.1.4. Kiểm nghiệm lại mô hình phần tử hữu hạn

3.7.2. Kết quả mô phỏng

3.7.2.1. Quá trình tạo phoi

3.7.2.2. Nhiệt độ bề mặt phôi

3.7.3. Nhận xét và đánh giá

3.8. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

4.1. Thực nghiệm 01 - Xác định mối quan hệ giữa chế độ cắt với chất lượng bề mặt

4.1.1. Nhám bề mặt

4.1.1.1. Ảnh hưởng của lượng tiến dao

4.1.1.2. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt

4.1.2. Cấu trúc tế vi bề mặt

4.1.2.1. Ảnh hưởng của lượng tiến dao

4.1.2.2. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt

4.1.3. Độ cứng tế vi bề mặt

4.1.4. Xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa chế độ công nghệ và nhám bề mặt

4.1.5. Nhận xét và Đánh giá

4.2. Thực nghiệm 02 – Xác định mối quan hệ giữa chế bộ bôi trơn làm mát với chất lượng bề mặt

4.2.1. Nhám bề mặt

4.2.1.1. Ảnh hưởng của lượng tiến dao

4.2.1.2. Ảnh hưởng của chế độ bôi trơn làm mát

4.2.2. Cấu trúc tế vi bề mặt

4.2.2.1. Hợp kim Ti-6Al-4V ủ

4.2.2.2. Hợp kim Ti-6Al-4V tôi

4.2.3. Ảnh hưởng của cấu trúc tinh thể hợp kim Ti-6Al-4V đến chất lượng bề mặt

4.2.3.1. Ảnh hưởng của cấu trúc tinh thể hợp kim Ti-6Al-4V đến nhám bề mặt

4.2.3.2. Ảnh hưởng của cấu trúc tinh thể hợp kim Ti-6Al-4V đến độ cứng tế vi bề mặt

4.2.4. Nhận xét và đánh giá

4.2.4.1. Hợp kim Ti-6Al-4V ủ

4.2.4.2. Hợp kim Ti-6Al-4V tôi

4.2.4.3. Ảnh hưởng của cấu trúc tinh thể hợp kim Ti-6Al-4V đến chất lượng bề mặt

4.3. Thực nghiệm 03 - Xác định dải lượng tiến dao đạt được nhám bề mặt nhỏ nhất

4.3.1. Thực nghiệm và kết quả

4.3.2. Nhận xét và đánh giá

4.4. Tối ưu hóa các thông số công nghệ

4.4.1. Xây dựng bài toán tối ưu

4.4.1.1. Xác định hàm mục tiêu

4.4.1.2. Xác định điều kiện biên

4.4.1.3. Thành lập bài toán tối ưu

4.4.2. Giải bài toán tối ưu

4.4.2.1. Cơ sở lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu

4.4.2.2. Ứng dụng giải thuật tối ưu bầy đàn để xác định chế độ công nghệ hợp lý

4.4.3. Nhận xét và Đánh giá

4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHẦN PHỤ LỤC

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Mài Phẳng Hợp Kim Titan Bằng Đá Mài cBN

Nghiên cứu về mài phẳng hợp kim titan bằng đá mài cBN đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ gia công cơ khí. Hợp kim titan, với những đặc tính vượt trội như độ bền cao và khả năng chống ăn mòn, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Tuy nhiên, việc gia công hợp kim titan gặp nhiều thách thức do tính chất vật liệu đặc biệt của nó. Đá mài cBN, với độ cứng cao và khả năng chịu nhiệt tốt, là một giải pháp hiệu quả cho việc mài phẳng hợp kim titan.

1.1. Đặc điểm của Hợp Kim Titan và Ứng Dụng

Hợp kim titan có nhiều ứng dụng trong hàng không, y sinh và công nghiệp chế tạo. Đặc tính như tỉ số độ bền trên trọng lượng cao và khả năng chống ăn mòn làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu độ bền và nhẹ.

1.2. Đá Mài cBN Tính Năng và Lợi Ích

Đá mài cBN có độ cứng chỉ sau kim cương, giúp gia công các vật liệu khó cắt gọt như hợp kim titan. Đặc tính ổn định hóa học và khả năng chịu nhiệt cao của cBN giúp nâng cao hiệu suất mài và kéo dài tuổi thọ dụng cụ.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Mài Phẳng Hợp Kim Titan

Mài phẳng hợp kim titan gặp nhiều thách thức do tính chất vật liệu đặc biệt. Nhiệt độ cao trong quá trình mài có thể làm mềm lưỡi cắt, trong khi ứng suất hóa cứng cao làm giảm tuổi thọ của dụng cụ. Ngoài ra, phoi khi gia công titan có dạng răng cưa, gây ra rung động và làm giảm chất lượng bề mặt. Những vấn đề này cần được giải quyết để nâng cao hiệu suất gia công.

2.1. Ảnh Hưởng Của Nhiệt Độ Đến Chất Lượng Mài

Nhiệt độ cao trong quá trình mài có thể làm mềm lưỡi cắt, dẫn đến mòn nhanh và giảm chất lượng bề mặt. Việc kiểm soát nhiệt độ là rất quan trọng để duy trì hiệu suất mài.

2.2. Vấn Đề Về Phôi Khi Gia Công Titan

Phôi titan thường tạo ra phoi có dạng răng cưa, gây ra rung động trong quá trình mài. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt mà còn làm giảm tuổi thọ của dụng cụ.

III. Phương Pháp Mài Phẳng Hợp Kim Titan Bằng Đá Mài cBN

Có nhiều phương pháp mài phẳng hợp kim titan bằng đá mài cBN, bao gồm mài khô và mài ướt. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Mài ướt thường giúp giảm nhiệt độ và cải thiện chất lượng bề mặt, trong khi mài khô có thể tăng năng suất gia công.

3.1. Mài Khô Ưu Điểm và Nhược Điểm

Mài khô có thể tăng năng suất nhưng dễ dẫn đến nhiệt độ cao, ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt. Cần có biện pháp kiểm soát nhiệt độ hiệu quả để đảm bảo chất lượng.

3.2. Mài Ướt Giải Pháp Tối Ưu

Mài ướt giúp giảm nhiệt độ và cải thiện chất lượng bề mặt. Việc sử dụng dung dịch bôi trơn làm mát là rất quan trọng trong quá trình này.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc tối ưu hóa các thông số công nghệ như lượng tiến dao và chiều sâu cắt có thể nâng cao năng suất gia công và đảm bảo chất lượng bề mặt. Các thí nghiệm thực tế đã chỉ ra rằng việc sử dụng đá mài cBN mang lại hiệu quả cao trong gia công hợp kim titan.

4.1. Kết Quả Thực Nghiệm Về Chất Lượng Bề Mặt

Các thí nghiệm cho thấy rằng việc điều chỉnh lượng tiến dao và chiều sâu cắt có thể cải thiện đáng kể nhám bề mặt của chi tiết mài.

4.2. Năng Suất Gia Công Tối Ưu

Nghiên cứu đã xác định được chế độ công nghệ tối ưu, giúp nâng cao năng suất gia công mà vẫn đảm bảo chất lượng bề mặt yêu cầu.

V. Kết Luận và Tương Lai Của Nghiên Cứu Mài Phẳng Hợp Kim Titan

Nghiên cứu về mài phẳng hợp kim titan bằng đá mài cBN mở ra nhiều hướng đi mới trong công nghệ gia công. Việc tối ưu hóa các thông số công nghệ không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp.

5.1. Tương Lai Của Công Nghệ Mài

Công nghệ mài sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các vật liệu mới và công nghệ tiên tiến, giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng gia công.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các loại đá mài mới và cải tiến quy trình mài để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong ngành công nghiệp.