Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:164

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí "Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về mài ren trục vít và gia công bánh vít; Cơ sở lý thuyết về mài răng trục vít Acsimet và phương pháp đánh giá chất lượng sau khi mài; Nghiên cứu thực nghiệm mài răng trục vít và gia công bánh vít; Thực nghiệm mài trục vít Acsimet và tối ưu hóa.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít Acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ ------- *** ------- NCS: Trần Đình Hiếu NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ MÀI TRỤC VÍT ACSIMET THÉP HỢP KIM ĐẾN NHÁM BỀ MẶT VÀ LƯỢNG TIÊU HAO ĐÁ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã ngành đào tạo: 9520103 Hà Nội - 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ ------- *** ------- NCS: Trần Đình Hiếu NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ MÀI TRỤC VÍT ACSIMET THÉP HỢP KIM ĐẾN NHÁM BỀ MẶT VÀ LƯỢNG TIÊU HAO ĐÁ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã ngành đào tạo: 9520103 Tập thể hướng dẫn: 1. PGS.TS Trần Vệ Quốc 2. TS. Đỗ Đình Lương Hà Nội - 2023
MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU........................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI VÀ GIA CÔNG TRỤC VÍT ACSIMET...................5 1.1. Giới thiệu về trục vít...............................................................................................5 1.2. Vật liệu chế tạo trục vít...........................................................................................5 1.2.1. Khái niệm bộ truyền trục vít – bánh vít...........................................................5 1.2.2. Thép hợp kim, đặc điểm và ứng dụng..............................................................9 1.3. Gia công mài.........................................................................................................10 1.3.1. Khái niệm mài................................................................................................10 1.3.2. Kỹ thuật mài..................................................................................................10 1.3.3. Gia công cơ khí bằng phương pháp mài........................................................10 1.3.4. Mài trục vít....................................................................................................10 1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước...........................................................11 1.4.1. Tình hình nghiên cứu công nghệ mài ngoài nước..........................................11 1.4.2. Tình hình nghiên cứu công nghệ mài trong nước..........................................15 1.4.3. Tình hình nghiên cứu về trục vít trên thế giới................................................19 1.4.4. Tình hình nghiên cứu về trục vít trong nước.................................................20 1.5. Xác định nhiệm vụ nghiên cứu của luận án..........................................................21 1.6. Kết luận chương 1.................................................................................................21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI RĂNG TRỤC VÍT ACSIMET VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SAU KHI MÀI........................................................22 2.1. Công nghệ chế tạo bộ truyền trục vít - bánh vít....................................................22 2.1.1. Đặc điểm của bộ truyền trục vít – bánh vít....................................................22 2.1.2. Chế tạo trục vít và bánh vít............................................................................24 2.2. Nghiên cứu các đặc điểm của đường xoắn vít để gia công chi tiết........................31 2.2.1. Xoắn ốc Acsimet 2D......................................................................................31 2.2.2. Xoắn Acsimet 3D...........................................................................................33
2.3. Phương pháp mài trục vít......................................................................................33 2.3.1. Cơ sở lựa chọn đá để mài..............................................................................33 2.3.2. Xác định hình dạng cho biên dạng đá để mài trục vít....................................39 2.4. Kiểm tra độ chính xác gia công bằng độ tiếp xúc ăn khớp cho bộ truyền trục vít - bánh vít........................................................................................................................ 50 2.4.1. Cơ sở lý thuyết xác định vết tiếp xúc..............................................................50 2.4.2. Thực nghiệm xác định vết tiếp xúc.................................................................53 2.5. Kiểm tra độ nhám bề mặt......................................................................................53 2.6. Đánh giá độ tiêu hao đá........................................................................................55 2.7. Xác định biên dạng đá để mài trục vít Acsimet.....................................................55 2.7.1. Cơ sở lý thuyết...............................................................................................55 2.7.2. Xác định biên dạng đá để mài trục vít Acsimet..............................................58 2.8. Phương pháp gia công và mài trục vít.........................................................................64 2.8.1. Đặc điểm của các loại trục vít – bánh vít..................................................................64 2.8.2. Cắt các trục vít trên máy tiện...................................................................................65 2.9. Phân tích để gia công trục vít................................................................................66 2.9.1. Hệ tọa độ chung của chuyển động tương đối của trục vít và dụng cụ cắt......66 2.9.2. Cấu hình trục vít............................................................................................67 2.10. Mô hình hoá trạng thái làm việc của đá mài để xác định lượng tiêu hao đá và phương pháp chọn đá mài............................................................................................68 2.10.1. Mô hình toán học trạng thái mài.................................................................68 2.10.2. Cách chọn đá mài........................................................................................71 2.11. Kết luận chương 2...............................................................................................72 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÀI RĂNG TRỤC VÍT VÀ GIA CÔNG BÁNH VÍT...................................................................................................................73 3.1. Quá trình nghiên cứu thực nghiệm........................................................................73 3.1.1. Lựa chọn bộ truyền trục vít – bánh vít Acsimet.............................................73 3.1.2. Thiết kế hộp tốc độ kiểm tra vết tiếp xúc........................................................80 3.2. Phương pháp xác định vết tiếp xúc.......................................................................80 3.3. Lượng tiêu hao đá (ktd)..........................................................................................81 3.4. Tiêu chuẩn về nhám bề mặt khi mài.....................................................................82
3.5. Xây dựng quá trình thực nghiệm...........................................................................83 3.6. Phương pháp xây dựng công thức thực nghiệm....................................................84 3.6.1. Lấy mẫu và trang thiết bị sử dụng trong thực nghiệm...................................84 3.6.2. Trình tự thí nghiệm:.......................................................................................89 3.7. Cơ sở lấy các điểm thí nghiệm..............................................................................89 3.8. Quy trình chế tạo trục vít Acsimet Gia công trục vít trên máy CNC.....................90 3.9. Gia công bánh vít..................................................................................................91 CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM MÀI TRỤC VÍT ACSIMET VÀ TỐI ƯU HÓA...............96 4.1. Mô hình và kế hoạch thí nghiệm...........................................................................97 4.2. Tối ưu hóa chế độ công nghệ mài trục Acsimet thép 35CrMo, 38CrMo và 40Cr..........101 4.2.1. Thép 35CrMo...............................................................................................101 4.2.2. Thép 38CrMo...............................................................................................119 4.2.3. Thép 40Cr....................................................................................................125 4.3. Thảo luận kết quả................................................................................................130 4.4. Thực nghiệm đánh giá kết quả của quá trình tối ưu hóa bằng vết tiếp xúc..........131 4.4.1. Chế tạo mô hình kiểm tra vết tiếp xúc..........................................................132 4.4.2. Kết quả thực nghiệm....................................................................................132 4.4.3. Đánh giá kết quả quá trình mài bằng vết tiếp xúc.......................................135 4.5. Kết luận chương 4...............................................................................................137 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................138 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................140 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.......................................................147
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Bộ truyền trục vít – bánh vít................................................................................5 Hình 1.2. Trục vít làm bằng thép........................................................................................7 Hình 1.3. Ứng dụng bộ truyền trục vít – bánh vít.................................................................8 Hình 1.4. Phương pháp mài trục vít.................................................................................11 Hình 2.1. Các thông số của trục vít và bánh vít..................................................................23 Hình 2.2. Sơ đồ gá đặt trục vít khi cắt tinh răng.................................................................26 Hình 2.3. Sơ đồ gá dao khi tiện trục vít.............................................................................27 Hình 2.4. Sơ đồ gá dao một phía khi cắt răng trục vít.........................................................27 Hình 2.5. Sơ đồ gá dao hai phía để cắt răng trục vít...........................................................27 Hình 2.6. Sơ đồ gá dao phay đĩa khi cắt răng trục vít.........................................................28 Hình 2.7. Sơ đồ xoáy răng trục vít....................................................................................28 Hình 2.8. Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài dạng đĩa.............................................................29 Hình 2.9. Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài côn dạng chậu....................................................29 Hình 2.10. Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài kiểu chốt...........................................................30 Hình 2.11. Các phương pháp cắt răng bánh vít.................................................................31 Hình 2.12. Xoắn ốc Acsimet.............................................................................................33 Hình 2.13. Xoắn không gian............................................................................................34 Hình 2.14. Sơ đồ xác định biên dạng của rãnh răng, đảm bảo độ ổn định của biên dạng đá mài.................................................................................................................42 Hình 2.15: Toạ độ quá trình mài......................................................................................47 Hình 2.16. Cấu trúc 3 chiều của xoắn vít...........................................................................48 Hình 2.17. Sơ đồ cấu tạo đá mài......................................................................................48 Hình 2.18. Mối quan hệ hình học giữa đá mài và trục vít....................................................49 Hình 2.19. Thông số bề mặt không gian............................................................................52 Hình 2.20. Mô tả tiếp xúc bề mặt không gian.....................................................................53 Hình 2.21. Tiếp xúc elip..................................................................................................53 Hình 2.22. Sơ đồ nguyên lý đo theo biên dạng...................................................................55 Hình 2.23. Mô hình mài trục vít Acsimet...........................................................................57 Hình 2.24. Sơ đồ thuật toán xác định biên dạng đá mài.....................................................61
Hình 2.25. Biên dạng răng khi mài...................................................................................62 Hình 2.26. Mặt phẳng giao tuyến của phương trình cân bằng.............................................62 Hình 2.27. Biên dạng đá mài...........................................................................................63 Hình 2.28. Kích thước của biên dạng đá mài.....................................................................63 Hình 2.29. Đá mài để gia công........................................................................................64 Hình 2.30. Biên dạng đá mài bên trái...............................................................................64 Hình 2.31. Trục vít thân khai...........................................................................................65 Hình 2.32. Trục vít có Acsimet.........................................................................................66 Hình 2.33. Sơ đồ cắt trục vít............................................................................................67 Hình 2.34. Hệ tọa độ chung chuyển động tương đối giữa trục vít và dụng cụ cắt...................68 Hình 2.35. Biên dạng trục vít...........................................................................................68 Hình 2.36. Sơ đồ thay đổi trạng thái hạt do mài mòn các cạnh cắt.......................................71 Hình 3.1. Biên dạng ren Acsimet, góc ren 30o....................................................................74 Hình 3.2. Quá trình cắt bánh vít.......................................................................................75 Hình 3.3: Điều chỉnh dao phôi.........................................................................................75 Hình 3.4. Trục vít Acsimet...............................................................................................80 Hình 3.5. Hộp tốc độ.......................................................................................................81 Hình 3.6. Chiều dày và hình dạng phoi.............................................................................83 Hình 3.7. Sơ đồ khối quá trình thực nghiệm.......................................................................85 Hình 3.8. Mẫu trục vít thí nghiệm....................................................................................85 Hình 3.9. Máy tiện CNC gia công trục vít Acsimet.............................................................87 Hình 3.10. Máy mài trục vít Acsimet.................................................................................88 Hình 3.11. Đồng hồ so kiểm tra hành trình........................................................................89 Hình 3.12. Biến tần điều chỉnh.........................................................................................89 Hình 3.13: Trục vít sau gia công......................................................................................92 Hình 3.14: Bánh vít sau gia công.....................................................................................92 Hình 3.15: Mẫu thí nghiệm..............................................................................................93 Hình 3.16: Hộp giảm tốc.................................................................................................93 Hình 3.17: Trục vít kiểm nghiệm ban đầu..........................................................................94 Hình 3.18: Đo vết tiếp xúc...............................................................................................94 Hình 3.19: Quá trình mài trục vít.....................................................................................94
Hình 4.1. Đồ thị ảnh hưởng bậc nhất của các thông số chế độ cắt đến độ nhám khi mài trục vít Acsimet thép 35CrMo...................................................................................................103 Hình 4.2. Đồ thị ảnh hưởng bậc hai của các thông số chế độ cắt đến độ nhám khi mài trục vít Acsimet thép 35CrMo...................................................................................................104 Hình 4.3. Đồ thị ảnh hưởng chéo của các thông số chế độ cắt đến độ nhám khi mài trục vít Acsimet thép 35CrMo...................................................................................................104 Hình 4.4. Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến độ nhám R a khi mài thép 35CrMo.................................................................................................................. 105 Hình 4.5. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, S tới độ nhám R a khi mài thép 35CrMo....................................................................................................................... 106 Hình 4.6. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, v tới độ nhám Ra khi mài thép 35CrMo....................................................................................................................... 106 Hình 4.7. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số S, v tới độ nhám R a khi mài thép 35CrMo....................................................................................................................... 107 Hình 4.8. Biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu R a khi mài thép 35CrMo....................................................................................................................... 108 Hình 4.9. Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu độ nhám Ra khi mài thép 35CrMo......................108 Hình 4.10. Cân điện tử..................................................................................................110 Hình 4.11. Đồ thị ảnh hưởng bậc nhất của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài trục vít Acsimet khi mài thép 35CrMo.......................................................................113 Hình 4.12. Đồ thị ảnh hưởng bậc hai của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài trục vít Acsimet khi mài thép 35CrMo.......................................................................113 Hình 4.13. Đồ thị ảnh hưởng chéo của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài trục vít Acsimet khi mài thép 35CrMo.............................................................................113 Hình 4.14. Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lượng tiêu hao đá khi mài thép 35CrMo....................................................................................................................... 115 Hình 4.15. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, S tới lượng hao đá khi mài thép 35CrMo....................................................................................................................... 115 Hình 4.16. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n,v tới lượng hao đá khi mài thép 35CrMo....................................................................................................................... 115
Hình 4.17. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số S, v tới lượng hao đá thép 35CrMo...................................................................................................................... 116 Hình 4.18. biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu khi mài thép 35CrMo.................................................................................................................. 116 Hình 4.19. Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu lượng tiêu hao đá khi mài thép 35CrMo............117 Hình 4.20. Ảnh hưởng của S và v đến Ra khi mài thép 38CrMo.........................................121 Hình 4.21. Ảnh hưởng của n và v đến Ra khi mài thép 38CrMo.........................................122 Hình 4.22. Ảnh hưởng của n và S đến Ra khi mài thép 38CrMo.........................................122 Hình 4.23. Ảnh hưởng của S và v đến ktd khi mài thép 38CrMo.........................................124 Hình 4.24. Ảnh hưởng của n và v đến ktd khi mài thép 38CrMo.........................................124 Hình 4.25. Ảnh hưởng của n và S đến ktd khi mài thép 38CrMo.........................................125 Hình 4.26. Ảnh hưởng của S và v đến Ra khi mài thép 40Cr..............................................127 Hình 4.27. Ảnh hưởng của n và v đến Ra khi mài thép 40Cr..............................................127 Hình 4.28. Ảnh hưởng của n và S đến Ra khi mài thép 40Cr.............................................128 Hình 4.29. Ảnh hưởng của S và v đến ktd khi mài thép 40Cr..............................................128 Hình 4.30. Ảnh hưởng của n và v đến ktd khi mài thép 40Cr..............................................129 Hình 4.31. Ảnh hưởng của n và S đến ktd khi mài thép 40Cr..............................................129 Hình 4.32. Quá trình đo vết tiếp xúc................................................................................133 Hình 4.33. Mẫu kiểm tra vết tiếp xúc khi chưa mài...........................................................135 Hình 4.34. Quá trình hình thành vết tiếp xúc khi chưa mài................................................135 Hình 4.35. Thông số đo vết tiếp xúc khi chưa mài.............................................................136 Hình 4.36. Quá trình tạo vết trên răng bánh vít chưa nhiệt luyện.......................................136
DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Công thức tính trục vít và bánh vít ăn khớp với trục vít Acsimet............................24 Bảng 2.2. Các phương án cắt răng trục vít và bánh vít.......................................................26 Bảng 2.3. Lượng dư (mm) mài trục vít hình trụ (lượng dư một phía)....................................30 Bảng 2.4. Tỷ lệ nhỏ nhất của phần gốc vật liệu mài, % .......................................................38 Bảng 2.5. Phạm vi sử dụng các dụng cụ hạt mài có độ hạt khác nhau..................................38 Bảng 2.6. Độ hạt của các bột mài.....................................................................................40 Bảng 2.7. Sự phụ thuộc của sai số tương đối Δtα / tα vào tỷ số r / τ và góc α..........................46 Bảng 3.1. Thành phần hoá học của thép...........................................................................76 Bảng 3.2. Thông số hình học của trục vít...........................................................................79 Bảng 3.2. Tiêu chuẩn bảng vết tiếp xúc.............................................................................81 Bảng 3.3. Tiêu chuẩn vết tiếp xúc.....................................................................................81 Bảng 3.4. Tiêu chuẩn độ chính xác lắp ghép của bộ truyền trục vít (không điều chỉnh)..........82 Bảng 3.5. Cấp nhẵn bóng bề mặt khi mài..........................................................................84 Bảng 4.1. Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm khởi đầu..........................................99 Bảng 4.2. Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu.................................99 Bảng 4.3. Ma trận thí nghiệm và giá trị của các yếu tố khi thí nghiệm................................100 Bảng 4.4. Ma trận thực nghiệm và kết quả tính toán sau khi đo của các chỉ tiêu..................101 Bảng 4.5. Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu Ra......................................102 Bảng 4.6. Giá trị tối ưu hóa các thông số chế độ cắt và giá trị hàm mục tiêu Ra khi mài thép 35CrMo....................................................................................................................... 109 Bảng 4.7. Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu Ra khi mài thép 35CrMo......112 Bảng 4.8. Giá trị tối ưu hóa các thông số chế độ cắt và giá trị hàm mục tiêu k td khi mài thép 35CrMo....................................................................................................................... 117 Bảng 4.9: Kết quả đo thực nghiệm trên thép 38CrMo......................................................119 Bảng 4.10. Kết quả đo độ nhám Ra sau thí nghiệm...........................................................120 Bảng 4.11. Kết quả đo độ nhám ktd sau thí nghiệm...........................................................122 Bảng 4.12. Kết quả tối ưu hoá khi mài thép 35CrMo và 38CrMo......................................125 Bảng 4.13. Ma trận thực nghiệm và kết quả tính toán sau khi đo của các chỉ tiêu................125 Bảng 4.14. Kết quả tối ưu hoá khi mài thép 40 Cr, 38CrMo và 35CrMo............................129
Bảng 4.15: Số liệu đánh giá tối ưu hoá...........................................................................131 Bảng 4.16. Kết quả vết tiếp xúc của răng trục vít Acsimet trước và sau mài.............136
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị Giải thích A mm Khoảng cách tâm c mm Khe hở hướng kính d1, d2 mm Đường kính vòng chia của trục vít, bánh vít de, De mm Đường kính vòng đỉnh của trục vít, bánh vít di, Di mm Đường kính vòng đáy của trục vít, bánh vít h mm Chiều cao vòng xoắn (hoặc chiều cao răng) h’ mm Chiều cao đầu vòng xoắn (hoặc chiều cao đỉnh răng) h’’ mm Chiều cao chân vòng xoắn (hoặc chiều cao chân răng) ktd - Hệ số tiêu hao đá tương đối ntd g Lượng tách kim loại khi mài m mm Modun trục vít mtd g Lượng tách đá khi mài Ra µm Độ nhám bề mặt re mm Bán kính đỉnh ren rf mm Bán kính đáy ren Sa mm Chiều dày vòng xoắn hoặc chiều dày răng theo vòng chia tB mm Bước đường xoắn ts mm Bước dọc trục U µm Độ mòn của đá mài z - Số đầu mối trục vít γ độ Góc nâng đường xoắn trên hình trụ khởi xuất φ rad Góc cực
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Giải thích Computer Aided – CAM Gia công được hỗ trợ bằng máy tính Manufacturing CAD Computer Aided – Design Thiết kế được hỗ trợ bằng máy tính CNC Computer Numerical Control Điều khiển số bằng máy tính Quá trình kỹ thuật được hỗ trợ bằng CAE Computer Aided Engineering máy tính RP Rapid Prototyping Phương pháp tạo mẫu nhanh CCD Charge Coupled Device Linh kiện tích điện kép Hệ thống con điều khiển bộ nhớ MMCs Mass Memory Control chung Subsystem ANFIS Adaptive neuro fuzzy inference Mạng nơron thích nghi mờ system GA Genetic Algorithm Giải thuật di truyền CLTE Coefficient of linear thermal Hệ số tuyến tính giãn nở tuyến tính expansion
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình được thực hiện tại Viện nghiên cứu cơ khí dưới sự hướng dẫn của PGS. TS Trần Vệ Quốc và TS. Đỗ Đình Lương Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Người cam đoan Trần Đình Hiếu
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, Tôi đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy giáo, cô giáo và tập thể nghiên cứu khoa học. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến: PGS. TS Trần Vệ Quốc và TS. Đỗ Đình Lương là những người đã tận tình hướng dẫn, định hướng, đào tạo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo ở Viện nghiên cứu cơ khí, trường ĐH Công nghiệp Hà Nội, đã giảng dạy, chỉ bảo, góp ý và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn phòng giao dịch công ty đá mài Hải Dương tại The Manor Central Park, Đường Nguyễn Xiển, Đại Kim, Hoàng Mai, Hà Nội đã tư vấn và hỗ trợ tận tình cho tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô đồng nghiệp trong trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Vinh đã tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian và vật chất để tôi hoàn thành luận án này. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính yêu và biết ơn tới đại gia đình, bạn bè đã thực sự động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi học tập tại, nghiên cứu tại Viện nghiên cứu cơ khí. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Nghiên cứu Sinh
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài. Việc ứng dụng mài là một nguyên công gia công lần cuối đã xuất hiện trước đây khoảng 2 triệu năm, khi mà những dụng cụ thời tiền sử được sản xuất bằng quá trình mài (chipping-abrade). Các hạt mài tự nhiên được sử dụng cho tới những năm 1980, khi mà các quặng được phát hiện và khai thác để chế tạo Al 2O3 và SiC. Các hạt mài nhân tạo tỏ ra có nhiều ưu điểm vượt trội so với hạt mài tự nhiên vì có thể khống chế lượng tạp chất trong đó, có thể điều khiển chất lượng của hạt mài trong quá trình sản xuất. Công nghiệp sản xuất hạt mài đã điều khiển được các tính chất như kích thước hạt, độ bền của hạt phù hợp với các ứng dụng mài khác nhau. Cho đến nay đã có nhiều các công trình nghiên cứu về mài được thực hiện bởi các nhà khoa học ở các trường đại học, viện nghiên cứu và các doanh nghiệp trong nước cũng như trên thế giới. Khi nghiên cứu về mài các nhà nghiên cứu tập trung giải quyết các vấn đề liên quan đến máy mài, đá mài, chi tiết mài cũng như chế độ cắt khi mài, nhiệt cắt khi mài và dung dịch tưới nguội. Tuy nhiên các nghiên cứu trước đây chủ yếu thực hiện nghiên cứu với trường hợp mài phẳng hoặc mài tròn ngoài, mài định hình như: ren vít, rãnh tròn xoay, … mà chưa có nhiều những nghiên cứu chuyên sâu đối với trường hợp mài trục vít Acsimet. Trong khi mài trục vít Acsimet có những đặc điểm khác biệt so với các phương pháp mài thông thường Hiện nay ngành Chế tạo máy nước ta đang phát triển rất mạnh mẽ không những tăng về số lượng mà cả về chất lượng, trong đó chất lượng sản phẩm là tiêu chí rất quan trọng cho việc phát triển bền vững là cơ sở quyết định đến giá thành sản phẩm. Thiết bị, máy móc đảm bảo chất lượng, đảm bảo độ bền trong quá trình hoạt động thì yêu cầu từng chi tiết của thiết bị, máy móc đó phải đảm bảo chất lượng theo đúng yêu cầu của người thiết kế đặt ra. Tuy nhiên để đánh giá chất lượng chi tiết máy gồm nhiều tiêu chí như độ chính xác về kích thước, hình dáng hình học, tính chất cơ lý, chất lượng bề mặt, trong đó chất lượng bề mặt chi tiết máy là một chỉ tiêu rất quan trọng để nâng cao độ bền chi tiết máy. Quan trọng nhất là các nguyên công gia công tinh, bởi vì ở các nguyên công này các đặc tính chất lượng của lớp bề mặt được hình thành rõ nét. Điều này nói lên tầm quan trọng của các phương pháp gia công tinh trong quy trình công nghệ và sự cần thiết phải xác định phương pháp gia công hợp lý với chế độ cắt tối ưu. Trong gia công chi tiết máy đang ứng dụng nhiều phương pháp gia công tinh khác nhau và thường
2 tập trung lại thành bốn nhóm chính là: Gia công bằng dụng cụ cắt có lưỡi; gia công bằng các hạt mài kết dính; gia công bằng các hạt mài tự do và gia công bằng biến dạng dẻo bề mặt. Chất lượng của bề mặt gia công của chi tiết không chỉ phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu mà còn phụ thuộc vào trạng thái của lớp bề mặt, các chi tiết được chế tạo từ một loại vật liệu như nhau nhưng theo các phương pháp công nghệ và chế độ cắt khác nhau sẽ có tính chất của lớp bề mặt khác nhau. Nói đến chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công là nói đến độ nhám bề mặt chi tiết, đó là một trong các tiêu chí để đánh giá chất lượng bề mặt đặc trưng cho tính chất hình học của bề mặt gia công. Hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu đến ảnh hưởng của chế độ cắt trên các máy công cụ như máy tiện, máy phay, máy doa, máy tiện CNC, máy phay CNC, ... Tuy nhiên thực tế có rất nhiều chi tiết máy đòi hỏi có độ bóng bề mặt cao và thường được gia công bằng phương pháp mài. Một trong những yêu cầu quan trọng khi gia công bằng phương pháp mài, mài là phải chọn chế độ cắt hợp lý, cần phải tính toán và lựa chọn một cách hợp lý khi gia công để đảm bảo tăng năng suất, nâng cao chất lượng bề mặt, độ chính xác của chi tiết, ... Đối với trục vít nói chung và trục vít Acsimet nói riêng mài để đạt được yêu cầu kỹ thuật cần xác định được biên dạng của đá để mài, với các chi tiết định hình như trục vít thì đá mài chưa được phổ biến dạng thương mại để sử dụng. Trong đề tài tác giả sử dụng các mác thép hợp kim có hàm lượng các bon trung bình là 40Cr, 35CrMo và 38CrMo là Các loại thép phổ biến hiện nay trong sản xuất và chế tạo chi tiết máy [19], [2] và để xem xét sự ảnh hưởng của hàm lượng hợp kim ảnh hưởng đến quá trình mài trục vít vì vậy sử dụng thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo Từ những yêu cầu trên việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mài trục vít acsimet thép hợp kim đến nhám bề mặt và lượng tiêu hao đá” mang tính cấp thiết, không chỉ phục vụ cho việc giảng dạy ở nhà trường mà còn đáp ứng cho quá trình gia công chế tạo hiện nay tại các doanh nghiệp 2. Mục đích nghiên cứu. - Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc đá, vận tốc quay phôi và lượng chạy dao hướng trục đến nhám bề mặt khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo. - Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc đá, vận tốc quay phôi và lượng chạy dao hướng trục đến lượng tiêu hao đá tương đối khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo.
3 - Tối ưu hóa chế độ cắt: Vận tốc quay phôi, vận tốc đá và lượng chạy dao hướng trục đến nhám bề mặt khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo - Tối ưu hóa chế độ cắt: Vận tốc quay phôi, vận tốc đá và lượng chạy dao hướng trục đến hệ số tiêu hao đá tương đối khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Nghiên cứu quá trình mài răng trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo, đo độ nhám vết tiếp xúc bề mặt răng trục vít Acsimet thép 38CrMo sau khi đã mài bằng đá mài cho thép sau nhiệt luyện. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi mài và lượng tiêu hao đá. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về quá trình mài, các công trình nghiên cứu đã được công bố trong và ngoài nước. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về mài và những vấn đề cơ bản của công nghệ mài; ảnh hưởng của các thông số công nghệ, các đặc trưng của đá mài và quá trình mòn của nó đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công trên máy mài. - Xây dựng mô hình thí nghiệm: Xác định chi tiết để thí nghiệm, xác định phương pháp thí nghiệm, lựa chọn thiết bị gia công, xác định biên dạng đá, thiết bị đo kiểm từ đó xây dựng các bước tiến hành thí nghiệm. - Nghiên cứu thực nghiệm mài bề mặt răng: Đo các thông số cần thiết phục vụ cho quá trình nghiên cứu, đánh giá kết quả đo kiểm, xử lý và hoàn thiện số liệu. 5. Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và sử dụng phần mềm chuyên dụng để xử lý kết quả thực nghiệm và thực nghiệm chế tạo để kiểm chứng cơ sở lý thuyết. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. a. Ý nghĩa khoa học - Nghiên cứu thực nghiệm để làm sáng tỏ các quy luật cơ lý của quá trình mài, góp phần làm phong phú thêm cơ sở lý thuyết về mài. - Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số công nghệ gia công trục vít với độ nhám bề mặt răng. - Việc thiết kế, tính toán thiết bị đo sử dụng các kỹ thuật tiên tiến, các phần mềm chuyên dụng, hệ thống thí nghiệm làm việc ổn định và độ tin cậy cao. b. Ý nghĩa thực tiễn
4 - Kết quả nghiên cứu được dùng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy, nghiên cứu, làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo và ứng dụng vào thực tế sản xuất: Xác định được chế độ cắt tối ưu khi mài trục vít thép hợp kim và lượng tiêu hao đá tương đối tại vị trí tối ưu. 7. Cấu trúc của luận án. Kết cấu của luận án gồm 4 chương và phần kết luận: - Chương 1. Tổng quan về mài ren trục vít và gia công bánh vít. - Chương 2. Cơ sở lý thuyết về mài răng trục vít Acsimet và phương pháp đánh giá chất lượng sau khi mài. - Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm mài răng trục vít và gia công bánh vít. - Chương 4. Thực nghiệm mài trục vít Acsimet và tối ưu hóa. Kết luận và kiến nghị. 8. Các kết quả mới của luận án. - Đề xuất được chế độ cắt tối ưu khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo theo độ nhám. - Xây dựng được biên dạng đá mài trục vít Acsimet theo phương pháp kỹ thuật số. - Xác định được chế độ mài tối ưu hoá lượng tiêu hao đá khi mài trục vít Acsimet thép 40Cr, 35CrMo và 38CrMo. - Thực nghiệm vết tiếp xúc giữa trục vít và bánh vít để đánh giá kết quả tối ưu hóa bằng phương pháp tâm xoay.
5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI VÀ GIA CÔNG TRỤC VÍT ACSIMET 1.1. Giới thiệu về trục vít Bộ truyền trục vít - bánh vít, gọi tắt là bộ truyền trục vít, được xếp vào loại truyền động răng - vít, kết hợp giữa bộ truyền bánh răng và vít. Bộ truyền trục vít thường dùng để truyền chuyển động và công suất giữa hai trục vuông góc với nhau trong không gian, hoặc chéo nhau và góc giữa hai trục thường là 90 o. Trục có rất nhiều loại với cấu tạo và ứng dụng phù hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau. Trục vít có bề mặt cơ bản cần gia công là các bề mặt trụ tròn xoay ngoài và bề mặt răng trục vít. Các bề mặt tròn xoay thường dùng làm mặt lắp ghép. Do vậy các bề mặt này thường được gia công với các độ chính xác khác nhau. 1.2. Vật liệu chế tạo trục vít 1.2.1. Khái niệm bộ truyền trục vít – bánh vít Truyền động trục vít – bánh vít hoạt động theo nguyên lý ăn khớp truyền chuyển động và công suất giữa 2 trục chéo nhau trong không gian. Có cấu tạo bao gồm có trục vít bánh vít phối hợp với nhau cùng với sự ăn khớp giữa ren của trục vít và răng của bánh vít. Bánh vít giống như hình vẽ loại bánh răng nghiêng – thường làm bằng hợp kim màu. Hình 1.1. Bộ truyền trục vít – bánh vít + Phân loại trục vít Theo tài liệu [19] Trục vít Acsimet, được kí hiệu ZA, có góc prôfin trong mặt cắt dọc của răng α x thường từ 14,50 đến 270 thông dụng α x = 200 Trục vít trụ thân khai, được kí hiệu Z1, có góc prôfin α n trong mặt cắt pháp của răng thanh răng đối tiếp với trục vít; Trục vít có prôfin răng phẳng trong mặt cắt pháp của răng, được kí hiệu ZN1; Trục vít có prôfin rãnh răng phẳng trong mặt cắt pháp của rãnh răng, được kí hiệu ZN2;