iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT ................................................... vi
DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................ x
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... xiii
PHẦN MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 1
Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 3
Mục đích nghiên cứu ......................................................................................... 3
Phạm vi nghiên cứu ………………………………………………………… 3
Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 3
Nội dung nghiên cứu.......................................................................................... 3
Những đóng góp mới ......................................................................................... 4
Cấu trúc của luận án........................................................................................... 4
Ý nghĩa của đề tài .............................................................................................. 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÀI LỖ .............................................................. 5
1.1. Giới thiệu về mài lỗ. ........................................................................................ 5
1.1.1. Các sơ đồ mài lỗ ...................................................................................... 5
1.1.2. Trục mang đá của đá mài lỗ ..................................................................... 6
1.1.3. Vị trí và vai trò của nguyên công mài lỗ trong quy trình công nghệ ....... 8
1.2. Các đặc điểm của quá trình mài lỗ .................................................................. 9
1.2.1. Chiều dài cung tiếp xúc lk ........................................................................ 9
1.2.2. Chiều dày lớp cắt khi mài az .................................................................. 10
1.2.3. Đường kính tương đương của đá mài .................................................... 11
1.2.4. Quá trình tách phoi của hạt mài ............................................................. 11
1.2.5. Năng suất bóc tách của quá trình mài .................................................... 13
1.2.6. Lực trong quá trình mài ......................................................................... 14
1.3. Mòn đá và tuổi bền của đá mài ..................................................................... 16
1.3.1. Mòn đá mài ............................................................................................ 16

3.3.1. Với dầu Caltex Aquatex 3180 ............................................................... 55
3.3.2. Với dầu Emulsion .................................................................................. 57
3.4.3. Xác định chế độ bôi trơn – làm nguội hợp lý khi mài lỗ ....................... 60
3.5. Kết luận chương 3. ........................................................................................ 62
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG
CỦA CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ ĐẾN QUÁ TRÌNH MÀI LỖ ....................................... 63


v
4.1. Mục đích thí nghiệm ..................................................................................... 64
4.2. Thiết kế thí nghiệm ....................................................................................... 64
4.3. Ảnh hưởng của chế độ sửa đá đến nhám bề mặt và năng suất khi mài lỗ .... 69
4.3.1. Kết quả thực nghiệm .............................................................................. 69
4.3.2. Đánh giá kết quả thực nghiệm và tối ưu hóa đơn mục tiêu ................... 69
4.4. Tối ưu hóa đa mục tiêu.................................................................................. 79
4.5. Kết luận chương 4. ........................................................................................ 86
CHƯƠNG 5. XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ĐÁ MÀI KHI THAY ĐÁ TRONG
GIA CÔNG MÀI LỖ.............................................................................................. 87
5.1. Phân tích chi phí cho quá trình mài lỗ .......................................................... 87
5.1.1. Tổng thời gian mài 01 chi tiết, tt ............................................................ 88
5.1.2. Chi phí cho máy Cm,h ............................................................................. 90
5.1.3. Chi phí cho con người và chi phí gián tiếp Cwa,h ................................... 90
5.1.4. Chi phí cho đá mài Cgw,p ........................................................................ 90
5.2. Ảnh hưởng của các thông số đến chi phí của quá trình mài lỗ ..................... 91
5.2.1. Mức độ ảnh hưởng ................................................................................. 93
5.2.2. Đặc điểm ảnh hưởng .............................................................................. 94
5.3. Đường kính thay đá hợp lý............................................................................ 96
5.3.1. Xác định đường kính thay đá hợp lý ..................................................... 96
5.3.2. Ảnh hưởng của các thông số đến đường kính thay đá hợp lý ............... 97
5.3.3. Mô hình hồi quy xác định đường kính đá mài khi thay hợp lý ........... 101

Tổng bình phương trung bình của giá trị đo

LL

Lưu lượng dung dịch

NĐ

Nồng độ dung dịch

Stiff

Độ cứng vững trục mang đá

S/N

Tỷ số tín hiệu nhiễu (Signal-to-noise)

lít/phút
%

DANH MỤC KÝ HIỆU CHÍNH
Ký hiệu

Ý nghĩa

Đơn vị

Amt


mm

Cm,h

chi phí cho máy theo giờ

VNĐ/h

Cwa,h

chi phí cho con người, quản lý theo giờ

VNĐ/h

Cmt,h

Chi phí cho máy, quản lý, con người theo giờ

VNĐ/h

Cgw

Giá thành viên đá mài

VNĐ/h

Cgw,p

Chi phí cho đá mài tính cho một chi tiết


VNĐ/năm

a


vii
Ký hiệu

Ý nghĩa

Đơn vị

Cen,y

Chi phí cho năng lượng (điện) hàng năm

VNĐ/năm

Cen

giá điện

VNĐ/kWh

Cmc

Chi phí mua hệ thống gia công

Csqm



mm

Dgw

Đường kính đá mài

mm

dw

Đường kính chi tiết

mm

dw0

Đường kính chi tiết trước gia công

mm

dwe

Đường kính chi tiết sau gia công

mm
N/mm2

E


lw

Chiều dài chi tiết

mm

MRR

Năng suất của nguyên công mài

Nd

Số chi tiết mài được sau 1 lần sửa đá

Nw

Số chi tiết mài được của 1 viên đá

nsđ

Số lượt sửa đá

nthô, ntinh

Số lần sửa đá thô, sửa đá tinh

mm3/s

mm


Đơn vị

Py

Lực pháp tuyến

N

Pz

Lực tiếp tuyến

N

Ptot

Công suất tổng thể của hệ thống gia công

kWh

Độ mòn đá

mg/m

Qw

Năng suất bóc tách vật liệu

mm3/s


tsđ

Chiều sâu sửa đá

mm

Chiều sâu sửa đá thô, sửa đá tinh

mm

tw

Tuổi bền

phút

tt

Tổng thờ gian mài một chi tiết

giờ

td

Thời gian sửa đá

giờ

td,p


Thời gian mài hết hoa lửa

giờ

tg

Cấp chính xác chi tiết

q

tthô, ttinh

mm/phút

Tuse

Thời gian sửa dụng máy

giờ/năm

Ttot

Số năm khấu hao máy

năm

U

Độ mòn đá


Thể tích kim loại bị bóc tách

mm3

wpd

Lượng mòn đá mài sau mỗi chu kỳ tuổi bền

mm

α

Góc sau

độ



Tỷ số giữa đường kính đá mài khi thay chia cho đường kính đá
mài ban đầu



Tỷ số giữa đường kính lỗ chia cho đường kính đá mài ban đầu


x
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Sơ đồ mài lỗ có tâm ................................................................................... 5

Hình 1.28. Biểu đồ Schmitt mô tả ảnh hưởng của tốc độ bóc tách và lượng tiến dao
khi mài lỗ đến nhám bề mặt .................................................................................... 30
Hình 1.29. Ảnh bề mặt của đá mài CBN trước (phải) và sau (trái) sửa đá ............. 31
Hình 1.30. Cách gá mũi sửa đá kim cương mô ̣t ha ̣t và ảnh hưởng tới ..................... 31
độ nhám bề mặt ........................................................................................................ 31
Hình 1.31: Sơ đồ thí nghiệm giám sát quá trình mài lỗ .......................................... 34
Hình 1.32. Phương pháp mài lỗ chạy dao dọc một lần chạy dao (single-pass) ...... 35
Hình 1.33. Biểu đồ chi phí cho quá trình mài ......................................................... 39
Hình 2.1. Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm ................................................................. 43
Hình 2.2. Mô hình nâng cao hiệu quả của quá trình mài lỗ ..................................... 46
Hình 2.3. Quan hệ giữa thời gian làm việc của đá mài với chi phí mài ................... 47
Hin
̀ h 2.4 Phôi thí nghiệm thép 90CrSi ..................................................................... 48
Hình 2.5. Hình ảnh máy đo nhám Mitutoyo SV-3100 ............................................. 48
Hình 2.6. Kính hiển vi kỹ thuật số Keyence VHX-6000 ......................................... 49
Hình 2.7: Đá mài ...................................................................................................... 49
Hin
̀ h 2.8: Mũi sửa đá kim cương .............................................................................. 50
Hình 3.1. Ảnh hưởng của các thông số BTLN tới các tham số và kết quả của quá
trình mài .................................................................................................................... 51
Hình 3.2. Sơ đồ thí nghiệm....................................................................................... 52
Hình 3.3. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm .................................................................. 53
Hình 3.4. Phân tích kết quả thí nghiệm khi sử dụng dung dịch Caltex Aquatex 3180
.................................................................................................................................. 56
Hình 3.5. Đồ thị bề mặt chỉ tiêu tối ưu hóa khi sử dụng dầu Caltex Aquatex 3180 57
Hình 3.6. Phân tích kết quả thí nghiệm khi sử dụng dung dịch Emulsion ............... 59
Hình 3.7. Đồ thị bề mặt chỉ tiêu khi tối ưu hóa sử dụng dung dịch Emulsion ......... 59
Hình 3.8. Số liệu kết quả tối ưu hóa sử dụng dung dịch Aquatex 3180 ................... 60
Hình 3.9. Đồ thị tối ưu hóa sử dụng dung dịch Aquatex 3180 ................................ 61
Hình 3.10. Số liệu kết quả tối ưu hóa sử dụng dung dịch Emulsion ........................ 61

Bảng 3.1. Giá trị mã hóa tại các điểm thí nghiệm .................................................... 54
Bảng 3.2. Kết quả đo nhám bề mặt khi sử dụng dung dịch BTLN Caltex Aquatex
3180 .......................................................................................................................... 55
Bảng 3.3. Kết quả đo nhám bề mặt khi sử dụng dung dịch BTLN Emulsion .......... 58
Bảng 4.1. Mức và các thông số đầu vào ................................................................... 66
Bảng 4.2. Sơ đồ thí nghiệm theo thiết kế Taguchi L18 ............................................ 67
Bảng 4.3. Đặc trưng đầu ra cho các thông số ........................................................... 68
Bảng 4.4. Kết quả trị số độ nhám Ra, MRR và tỷ số S/N của chỉ tiêu. ................... 69
Bảng 4.5. Thứ tự ảnh hưởng của các thông số đến trị số độ nhám trung bình ......... 70
Bảng 4.6. Phân tích ANOVA cho giá trị trị số độ nhám trung bình ........................ 70
Bảng 4.7. Thứ tự ảnh hưởng của các thông số đến tỷ số S/N của trị số độ nhám .... 72
Bảng 4.8. Phân tích ANOVA cho tỷ số S/N của trị số độ nhám .............................. 73
Bảng 4.9. Thứ tự ảnh hưởng của các thông số đến MRR ........................................ 75
Bảng 4.10. Phân tích ANOVA cho tỷ số S/N của MRR .......................................... 75
Bảng 4.11. Trị số S/N, giá trị chuẩn hóa S/N Zij và giá trị tuyệt đối của sai lệch j(k)
.................................................................................................................................. 80
Bảng 4.12. Thể hiện trị số quan hệ xám ứng với các mục tiêu và trị số quan hệ xám
trung bình .................................................................................................................. 81
Bảng 4.13. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến hệ số quan hệ xám ................ 82
Bảng 4.14. Kết quả phân tích hồi quy phương sai của trị số quan hệ xám .............. 84
Bảng 4.15. Kết quả so sánh giữa tính toán và thực nghiệm. .................................... 85


xiv
Bảng 5.1 Các nhân tố ảnh hưởng tới chi phí mài và các giá trị của chúng .............. 92
Bảng 5.2. Số liệu thí nghiệm và kết quả tính chi phí mài ........................................ 92
Bảng 5.3 Phạm vi khảo sát các biến thực nghiệm .................................................... 97
Bảng 5.4. Giá trị các tham số khảo sát ảnh hưởng chi phí mài lỗ ............................ 98
Bảng 5.5. Kế hoạch thí nghiệm sàng lọc .................................................................. 98
Bảng 5.6. Thông tin mô hình hồi quy sau khi loại bỏ các yếu tố và tương tác có ảnh

cao cấp (đá mài kim cương, đá mài CBN), mài cao tốc (tăng vận tốc cắt), tối ưu hóa
thông số quá trình (chế độ cắt, bôi trơn – làm nguội, sửa đá) và cải thiện điều kiện
bôi trơn – làm nguội. Trong đó, tối ưu hóa thông số quá trình mài được nhiều nhà
khoa học quan tâm, nghiên cứu vì nó vừa có thể cải thiện rõ rệt chỉ tiêu về kỹ thuật
đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả về kinh tế.


2
Trên thực tế, việc sử dụng dung dịch bôi trơn – làm nguội là biện pháp hiệu
quả nhằm làm giảm nhiệt, giảm mòn đá khi mài. Qua đó, năng suất và chất lượng
của quá trình mài được cải thiện [51]. Thêm vào đó, nghiên cứu trong [5] cho thấy
chế độ sửa đá có ảnh hưởng nhiều đến topography của đá và qua đó ảnh hưởng đến
khả năng cắt của nó. Trong gia công mài, vận tốc cắt của đá là nhân tố rất quan
trọng quyết định đến năng suất [31, 34, 35, 51] và giá thành quá trình gia công. Bên
cạnh đó, đường kính đá mài khi thay (hay tuổi thọ của đá mài) là nhân tố liên quan
trực tiếp vận tốc cắt của đá. Do đó, nó là nhân tố ảnh hưởng lớn tới chất lượng và
năng suất mài. Với các trường hợp máy mài có tốc độ trục đá không thay đổi được,
khi đá mài còn mới, đá có đường kính lớn nên vận tốc mài lớn sẽ cho năng suất mài
và chất lượng cao. Khi mòn, đường kính của đá mài giảm, vận tốc cắt giảm nên sẽ
làm giảm chất lượng và năng suất của quá trình mài. Vì vậy, sẽ tồn tại một giá trị
đường kính đá mài khi thay tối ưu (hay tuổi thọ tối ưu của đá). Cho đến nay chưa có
nghiên cứu nào đề cập đến tuổi thọ (hay đường kính khi thay) tối ưu của đá mài khi
mài lỗ.
Thép 90CrSi là thép hợp kim dụng cụ có độ bền cơ học và tính chịu mài mòn
cao, thường được dùng để chế tạo khuôn, dụng cụ cắt có tốc độ cắt thấp và các chi
tiết đòi hỏi tuổi bền cao, có khả năng chịu mài mòn. Các cơ sở sản xuất chế tạo vật
tư cho máy của ngành dược ở miền Bắc nước ta thường sử dụng thép 90CrSi để chế
tạo các chi tiết đặc biệt là chày, cối dập thuốc. Công nghệ mài lỗ được áp dụng gia
công tinh lần cuối bề mặt lỗ cối dập thuốc viên nén. Mặc dù vậy, chất lượng bề mặt
cũng như năng suất của quá trình gia công còn chưa cao. Do vậy, những kết quả

Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu kế hợp lý thuyết với thực nghiệm
Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích và tổng hợp cơ sở lý thuyết của công nghệ
mài lỗ, lý thuyết tính toán chi phí mài.
Nghiên cứu thực nghiệm: thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các thông
số cũng như xác định các thông số hợp lý của chế độ bôi trơn làm nguội (BTLN),
sửa đá và đường kính đá khi thay trong gia công mài lỗ.
Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan quá trình mài lỗ.
Nghiên cứu ảnh hưởng của loại, chế độ BTLN, chế độ sửa đá đến nhám bề
mặt, năng suất mài.
Nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán chi phí gia công quá trình mài lỗ và
ảnh hưởng của các nhân tố đến chi phí mài.
Nghiên cứu xác định đường kính đá mài khi thay đá trong gia công mài lỗ
(tuổi thọ hợp lý của đá mài).


4
Những đóng góp mới
Đã phân tích chi phí của nguyên công mài lỗ và nghiên cứu ảnh hưởng của các
thông số đến chi phí gia công.
Xây dựng mô hình xác định đường kính đá mài khi thay hợp lý (tuổi thọ hợp
lý) trong gia công mài lỗ và ảnh hưởng của các thông số đến đường kính đá mài khi
thay.
Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng, xác định chế độ bôi trơn – làm nguội,
chế độ sửa đá với mài lỗ thép 90CrSi.
Cấu trúc của luận án
Luận án gồm các phần: Mở đầu, 5 chương, kết luận và phần phụ lục
Chương 1: Tổng quan về mài lỗ.
Chương 2: Mô hình nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ và xây dựng hệ thống

n ht
Sn
n®

nw n ct

n®
Sd

Sd

a)

b)
Hình 1.1. Sơ đồ mài lỗ có tâm [1]
nw

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý mài tròn trong vô tâm [1]
Mài lỗ có tâm có hai cách gá đặt chi tiết.
- Cách thứ nhất: chi tiết được kẹp chặt trên mâm cặp và quay tròn với tốc độ
nw (hình 1.1a). Trục đá quay (nđ) và thực hiện cả chuyển động chạy dao dọc hoặc
chuyển động chạy dao ngang (fa, fr). Phương pháp này thường dùng để mài chi tiết
nhỏ, các mặt tròn xoay, các vật dễ gá trên mâm cặp.


6
- Cách thứ hai: chi tiết đươc gá cố định trên bàn máy (hình 1.1b). Trục mang
đá thực hiện tất cả các chuyển động gồm: chuyển động quay tròn của đá (nđ),
chuyển động chạy dao dọc hoặc ngang (fa, fr) và chuyển động hành tinh (nht) của đá
xung quanh tâm lỗ gia công để cắt hết bề mặt chu vi lỗ. Thực chất chuyển động

- Gắn bằng ren (hình 1.4b): phương pháp này được sử dụng cho sản xuất loạt
lớn và đòi hỏi phải thay đá thường xuyên.
- Gắn bằng collet (hình 1.4c): phương pháp này được sử dụng khi đá mài có
kích thước khác nhau và giúp thay đổi đá mài dễ dàng.
c. Các thông số của trục mang đá
- Chiều dài trục mang đá càng nhỏ thì độ cứng vững của đá càng. Tuy nhiên,
chiều dài trục mang đá cần đủ dài để mài hết chiều dài lỗ.


8
- Đường kính trục mang đá: đường kính trục mang đá nên chọn lớn nhất có thể
để vừa đảm bảo độ cứng vừa tăng được tuổi thọ của đá mài.
- Độ cứng vững: độ cứng vững hợp lý được xác định [44] như sau:

E .D 4
Stiff  3
L
Trong đó:

(1.1)
E – Modul đàn hồi của vật liệu làm trục mang đá (N/mm2)
D – Đường kính trục mang đá (mm)
L – Chiều dài trục mang đá (mm).

1.1.3. Vị trí và vai trò của nguyên công mài lỗ trong quy trình công nghệ
Trong quy trình công nghệ gia công các chi tiết lỗ sau nhiệt luyện, mài và tiện
cứng là hai phương pháp gia công thường được các nhà công nghệ lựa chọn. Việc
lựa chọn phương pháp gia công nào phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm cũng như
ưu nhược điểm của từng phương pháp gia công. Trong hình 1.5, các bước gia công
thô, gia công tinh khi gia công bề mặt lỗ có thể lựa chọn tiện hoặc mài. Thông

Bảng 1.1. Ưu điểm và nhược điểm của tiện cứng và mài khi gia công tinh bề mặt lỗ [17]
Tiện cứng

Mài lỗ

Ưu điểm:

Ưu điểm:

- Độ linh hoạt cao

- Tính ổn định cao

- Năng suất cao

- Chất lượng bề mặt tốt

- Có thể cắt khô – thân thiện với môi - Có thể kiểm soát các dạng hỏng trên
trường

lớp bề mặt gia công

- Chất lượng bề mặt tốt

- Lượng dư gia công nhỏ
- Chi phí cho đá mài rẻ

Nhược điểm:

Nhược điểm:

2

2

Dgw .d w .t

V   u 
lk  1  ct   
 .
 60.Vd   60.Vd  d w  Dgw

Trong đó:

(1.2)

Vct – vận tốc chi tiết

(mm/ph)

Vđ – vận tốc cắt

(m/s)

u = nw.fa
Dgw – đường kính đá mài
dw – đường kính chi tiết


10
t – chiều sâu cắt

(1.5)

Hình 1.6. Chiều dài cung tiếp xúc của các phương pháp mài
Chiều dài cung tiếp xúc giữa đá mài và chi tiết trong trường hợp mài lỗ là lớn
nhất trong các phương pháp mài.
1.2.2. Chiều dày lớp cắt khi mài az
Chiều dày lớp cắt được tính theo công thức tổng quát sau [11] (hình 1.9)

az 

vw
1
 s
. l.t .
 . d
60.vgw  2.vw
Dgw d w Bgw

(1.6)


11
Trong đó:
t – Chiều sâu cắt thực tế của một hạt mài (mm)
l – Khoảng cách thực tế giữa cát hạt mài (mm)
Bgw – Chiều rộng của đá (mm)
ξ – Hệ số: với mài lỗ ξ = -1, với mài ngoài ξ = +1, với mài phẳng ξ = 0.
Từ phương trình 1.6 suy ra: chiều dày lớp cắt phụ thuộc vào tất cả thông số
của mài. Trị số az quyết định tải trọng tác dụng trên hạt mài, tuổi bền và độ mòn đá
[5]. Do vậy, phương trình 1.6 được xem như phương trình cơ bản của quá trình mài.

ra đường kính tương đương khi mài lỗ là lớn nhất, tiếp đến là khi mài phẳng và
trong trường hợp mài tròn ngoài, đường kính tương đương là nhỏ nhất.
1.2.4. Quá trình tách phoi của hạt mài
Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài bằng chất dính kết. Hạt mài có nhiều
cạnh cắt và có bán kính tròn rs ở đỉnh (hình 1.7).
Theo Grof [65], quá trình tách phoi của hạt có thể chia làm 6 giai đoạn được
minh họa trong hình 1.8.
+ Giai đoạn 1: Hạt mài tiếp xúc với chi tiết, biến dạng tại đây là biến dạng đàn
hồi và chưa hình thành phoi.


12
+ Giai đoạn 2: Khi hạt mài tiếp xúc sâu hơn vào trong chi tiết, mảnh phoi được
hình thành, bị nén và uốn cong. Do góc cắt của hạt mài lớn, phoi lúc này sẽ có dạng
phẳng.

Hình 1.7. Hình dạng hạt mài và phân tích lưỡi cắt [31]
+Giai đoạn 3: Khi lượng chạy dao nhỏ, phoi hình thành có dạng sợi. Trong
trường hợp lượng chạy dao lớn, lưỡi cắt sẽ xuyên vào vật liệu sâu hơn, gần ¾ hạt
mài sẽ tiếp xúc với vật liệu và tạo ra nhiệt lớn.

Hình 1.8. Quá trình tách phoi của hạt mài [65]
+ Giai đoạn 4: Ảnh hưởng của nhiệt làm nóng chảy một phần phoi và nếu như
quá trình tiếp xúc giữa lưỡi cắt và vật liệu gia công kết thúc tại giai đoạn này sẽ tạo
ra phoi có dạng như “nòng nọc”


13
+ Giai đoạn 5: Nếu như lưỡi cắt và vật liệu gia công vẫn tiếp tục tiếp xúc phoi
sẽ có dạng sợi và rơi ra khỏi bề mặt vật liệu gia công.