Luận án 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 Ra khi mài thép 35CrMo.................................................................................................................. 105 Hình 4.5. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các thông số n, S tới độ nhám Ra 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 Ra khi mài thép 35CrMo.......................................................................................................................107 Hình 4.8. Biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả thực nghiệm chỉ tiêu Ra 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