Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam
"Khảo sát trường nhiệt độ phát triển trong dao PCBN khi tiện thép hợp kim qua tôi bằng phương pháp thực nghiệm."
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
ĐẠ I HỌ C THÁ I NGUYÊN
TRƯỜ NG ĐẠ I HỌ C KỸ THUẬ T CÔNG NGHIỆ P
--------------------000-------------------
THUYẾT MINH LUẬ N VĂN THẠ C SỸ
KHOA HỌ C KỸ THUẬ T
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
KHẢO SÁT TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ PHÁT TRIỂN
TRONG DAO PCBN KHI TIỆN THÉP HỢP KIM QUA TÔI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠ I HỌ C NGƯỜI HƯỚ NG DẪN KHOA HỌ C
PGS.TS Phan Quang Thế
HỌC VIÊN
Nguyễn Khánh Toàn
Thái Nguyên, 2011
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong
luận văn là do bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng
dẫn của thầy giáo PGS.TS Phan Quang Thế. Ngoài
phần tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các kết quả
và số liệu thực nghiệm là do tôi thực hiện và chưa
được công bố trong bất cứ công trình nào khác.
Thái Nguyên, tháng 10 năm 2011
Người thực hiện
Nguyễn Khánh Toàn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
ii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn PGS.TS. Phan Quang Thế - Hiệu trưởng
Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp, thầy hướng dẫn khoa học của tôi về sự định
hướng đề tài, sự hướng dẫn tận tình của thầy trong việc tiếp cận và khai thác tài liệu
tham khảo cũng như những chỉ bảo của thầy trong quá trình tôi làm thực nghiệm và
viết luận văn.
Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và khoa Sau đại học của
Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn
thành bản luận văn của mình.
Tôi xin cảm ơn cô giáo Nguyễn Thị Quốc Dung – Phó trưởng khoa Cơ khí
Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp về sự tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi
được mượn thiết bị dùng cho thí nghiệm tại xưởng sản xuất của cô.
Tôi cũng muốn cảm ơn các cán bộ công nhân viên Công ty YAMAHA Hà Nội
về sự tạo điều kiện hết sức thuận lợi và sự giúp đỡ tận tình cho tôi được tiến hành
thí nghiệm và mượn thiết bị đo tại xưởng sản xuất của Công ty.
Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đến các thầy cô giáo, các bạn đồng
nghiệp nơi tôi học tập cũng như nơi tôi đang công tác đã ủng hộ và động viên tôi
trong suốt quá trình làm luận văn này.
Tác giả
Nguyễn Khánh Toàn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
iii
MỤC LỤC
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3
2.1. Ý nghĩa khoa học 3
2.2. Ý nghĩa thực tiễn 4
3. Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài 4
4. Đối tượng nghiên cứu 4
5. Phương pháp nghiên cứu 4
NỘI DUNG ĐỀ TÀI 5
Chƣơng 1. CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT KIM LOẠI 5
1.1. Qúa trình cắt và tạo phoi 5
1.2. Lực cắt khi tiện và các thành phần lực cắt 9
1.3. Nhiệt cắt 10
1.3.1. Khái niệm chung 10
1.3.2. Các nguồn nhiệt trong cắt kim loại 13
1.3.2.1. Nhiệt sinh ra trong vùng biến dạng thứ nhất 13
1.3.2.2. Nhiệt sinh trên mặt trước (QAC) 14
1.3.2.3. Nhiệt sinh trên mặt tiếp xúc giữa mặt sau và bề mặt gia công (QAD) 15
1.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt 16
1.3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến độ chính xác gia công. 16
1.3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến chất lượng bề mặt gia công. 17
1.3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến khả năng làm việc của dao 18
1.3.4. Các phương pháp xác định nhiệt cắt 18
1.3.4.1. Xác định nhiệt cắt bằng phương pháp đo. 19
1.3.4.2. Xác định nhiệt cắt bằng phương pháp tính toán. 25
1.3.5. Trường nhiệt độ trong dụng cụ cắt 31
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
iv
1.3.5.1. Phương pháp thực nghiệm xác định trường nhiệt độ 31
1.3.5.2. Phương pháp lý thuyết xác định trường nhiệt độ 31
1.3.5.3. Đặc điểm và các nhân tố ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt độ trong dụng cụ 31
Chƣơng 2. KHẢO SÁT TRƢỜNG NHIỆT ĐỘ BẰNG PHƢƠNG
PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ PHẦN MỀM ANSYS 34
2.1. Phương pháp phần tử hữu hạn 34
2.1.1. Khái niệm chung về phương pháp phần tử hữu hạn 34
2.1.2. Trình tự giải bài toán sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn 35
2.1.3. Phạm vi ứng dụng của phương pháp phần tử hữu hạn 35
2.2. Phần tử tam giác cho bài toán truyền nhiệt hai chiều 37
2.3. Mô hình tính nhiệt sinh ra khi tiện cứng 39
2.3.1. Tính nhiệt sinh ra trong vùng biến dạng thứ nhất 39
2.3.2. Tính nhiệt sinh ra trên vùng mặt trước 40
2.3.3. Tính nhiệt trong vùng ma sát trượt giữa mặt sau của dụng cụ và bề mặt gia công 41
2.4. Phương trình truyền nhiệt trong dụng cụ cắt 41
2.4.1. Phương trình truyền nhiệt 41
2.4.2. Thành lập phương trình truyền nhiệt sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn 42
2.5. Phần mềm ANSYS 46
2.5.1. Giới thiệu chung 46
2.5.2. Các mô đun chính của ANSYS 47
2.5.3. Sơ đồ khối giải bài toán kỹ thuật bằng phần mềm ANSYS 48
Chƣơng 3: KHẢO SÁT TRƢỜNG NHIỆT ĐỘ PHÁT TRIỂN
TRONG DAO PCBN KHI TIỆN THÉP HỢP KIM QUA TÔI
BẰNG PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 49
3.1. Thí nghiệm 50
3.1.1. Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm 50
3.1.2. Mô hình thí nghiệm 50
3.1.3. Thiết bị thí nghiệm 51
3.1.3.1. Máy 51
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
v
3.1.3.2. Dao 51
3.1.3.3. Phôi 52
3.1.3.4. Thiết bị đo 53
3.1.4. Chế độ cắt thí nghiệm 53
3.1.5. Thí nghiệm đo nhiệt cắt 54
3.1.6. Xác định góc tạo phoi (góc cắt) Ф 55
3.2. Xác định trường nhiệt độ và vẽ Profile nhiệt độ 55
3.2.1. Tiến hành mô phỏng bằng phần mềm ANSYS 56
3.2.2. Sơ đồ chia lưới 58
3.2.3. Xác định trường nhiệt độ và vẽ Profiles nhiệt độ 59
3.3. Phân tích kết quả 62
Chƣơng 4 : KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU
TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 63
1. Kết luận chung của luận văn 63
2. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài. 63
Tài liệu tham khảo 65
Phụ lục
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
PCBN:
CBN:
PPPTHH:
PTVPTP:
PTVPRP:
τ:
σ:
A:
B:
σx:
τx:
μ:
l:
Vc
:
a1:
a2:
t1:
t2:
γ:
α:
τs
:
V(x):
Vp:
b:
σAB:
Fc
:
Ft
:
Fs
:
Polycrystal Cubic Boron Nitride
Cubic Boron Nitride
Phương pháp phần tử hữu hạn
Phương trình vi phân toàn phần
Phương trình vi phân riêng phần
Ứng suất tiếp giới hạn thực trên bề mặt tiếp xúc
Ứng suất pháp trên bề mặt tiếp xúc
Diện tích tiếp xúc danh nghĩa của hai bề mặt
Hằng số đặc trưng cho tính chất tiếp xúc của vật liệu
Ứng suất pháp trên bề mặt trước của dụng cụ cắt
Ứng suất tiếp trên bề mặt trước của dụng cụ cắt
Hệ số ma sát trên vùng ma sát thông thường của mặt trước
Chiều dài tiếp xúc giữa phoi và mặt trước
Vận tốc cắt
Chiều dày phoi trước biến dạng
Chiều dày phoi sau khi cắt
Chiều sâu cắt khi tiện cứng
Chiều sâu cắt sau khi biến dạng
Góc trước
Góc sau
Ứng suất tiếp giới hạn của cáclớp phoi tiếp xúc
Vận tốc của các lớp phoi dưới cùng trên mặt trước
Vận tốc của khối phoi
Chiều rộng cắt
Ứng suất pháp tuyến trên mặt phẳng trượt
Lực cắt theo phương vận tốc cắt
Lực cắt theo phương vuông góc với vận tốc cắt
Lực tác dụng trên mặt phẳng trượt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
vii
As
:
Vs
:
VLGC:
VLDC:
θ:
Q:
QAB = Q1:
QAC = Q2:
QAD = Q3:
Qphoi:
Qphôi:
Qdao:
Qmt:
ρ:
C:
β:
q2:
q21:
q22:
δt
:
K:
q3:
s:
Diện tích của vùng mặt phẳng trượt
Vận tốc tách phoi theo phương của mặt phẳng trượt
Vật liệu gia công
Vật liệu dụng cụ
Góc giữa mặt phẳng trượt và hợp lực R trên mặt phẳng trượt
Tổng nhiệt sinh ra trong quá trình cắt
Nhiệt sinh ra trên mặt phẳng trượt
Nhiệt sinh ra trên mặt trước
Nhiệt sinh ra trên mặt sau
Nhiệt truyền vào phoi
Nhiệt truyền vào phôi
Nhiệt truyền vào dao
Nhiệt truyền vào môi trường xung quanh
Trọng lượng riêng của vật liệu
Nhiệt dung riêng
Hệ số phân bố nhiệt từ mặt phẳng trượt vào phôi
Tốc độ sinh nhiệt trên mặt trước
Tốc độ sinh nhiệt trên mặt trước do ma sát của phoi với mặt trước
Tốc độ sinh nhiệt trên mặt trước do biến dạng dẻo của các lớp phoi sát mặt trước
Chiều dày của vùng biến dạng thứ hai
Hệ số dẫn nhiệt
Tốc độ sinh nhiệt riêng trên mặt sau
Lượng chạy dao
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
viii
DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1 - Sơ đồ miền tạo phoi 5
Hình 1.2 - Miền tạo phoi 7
Hình 1.3 - Miền tạo phoi ứng với tốc độ cắt khác nhau 7
Hình 1.4 - Sơ đồ Tính góc trượt (góc cắt) 7
Hình 1.5 - Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng 9
Hình 1.6 - Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt 10
Hình 1.7 - Sơ đồ ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại 12
Hình 1.8 - Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi trường 13
Hình 1.9 - Đường cong thực nghiệm xác định tỷ lệ nhiệt truyền vào phôi 14
Hình 1.10 - Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mòn 16
Hình 1.11 - Dụng cụ do nhiệt độ 19
Hình 1.12 - Cặp ngẫu nhiệt (pin nhiệt điện) 20
Hình 1.13 - Sơ đồ đo nhiệt cắt bằng pin nhân tạo 21
Hình 1.15 - Đo nhiệt cắt bằng pin bán nhân tạo 22
Hình 1.16 - Đo nhiệt cắt bằng pin tự nhiên 1 dao 22
Hình 1.17 - Hiện tượng ngẫu nhiệt ký sinh 22
Hình 1.18 - Đo nhiệt cắt bằng pin tự nhiên 2 dao 23
Hình 1.19 - Đo nhiệt cắt theo nguyên lý quang học 23
Hình 1.20 - Sơ đồ mạch điện để đo nhiệt cắt bằng tế bào quang 24
Hình 1.21 - Phương pháp chụp ảnh 24
Hình 1.22 - Phương pháp đo nhiệt bằng lazer 24
Hình 1.23 - Trường nhiệt độ của dụng cụ 26
Hình 1.24 - Trường nhiệt độ của chi tiết 26
Hình 1.25 - Phân bố nhiệt trên mặt trước dao 26
Hình 1.26 - Phân bố nhiệt trên mặt sau dao 26
Hình 1.27 - Quan hệ giữa θ và v 28
Hình 1.28 - Quan hệ giữa chiều dày cắt 29
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
ix
Hình 1.29 - Quan hệ giữa nhiệt cắt 30
Hình 2.1 - Phần tử tam giác cho bài toán truyền nhiệt 37
Hình 2.2 - Sơ đồ cắt và mô hình tiện cứng 39
Hình 2.3 - Sơ đồ khối giải bài toán kỹ thuật bằng phần mềm ANSYS 48
Hình 3.1 - Mô hình thí nghiệm tiện cứng 50
Hình 3.2 - Máy tiện 1340A. 51
Hình 3.3 - Mảnh dao TPGN 160308 T2001 51
Hình 3.4 - Thân dao MTENN2020K16-N (hãng CANELA) 52
Hình 3.5 - Phôi thép 9CrSi đã qua nhiệt luyện 52
Hình 3.6 - Thiết bị đo nhiệt Ti32 53
Hình 3.7 - Nhiệt độ đo được khi gia công 54
Hình 3.8 - Mặt khảo sát để xác định trường nhiệt độ trong mảnh CBN 55
Hình 3.9 - Sơ đồ chia lưới mảnh CBN 58
Hình 3.10 - Profile trường nhiệt trên mảnh dao và nhiệt độ tại một số nút 60
Hình 3.11- Vùng có nhiệt độ 508.70C 61
Hình 3.12- Vùng có nhiệt độ 3060C 61
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
TOẠ ĐỘ CÁC NÚT
LIST ALL SELECRED NODES.
DSYS 0 SORT TABLE ON X Y
NODE X Z Y THXY THYZ THZX
1 0.0000 0.0000 0.0000 0.00 0.00 0.00
2 0.33200 -3.2250 0.0000 0.00 0.00 0.00
3 0.11067E-01 -0.10750 0.0000 0.00 0.00 0.00
4 0.22133E-01 -0.21500 0.0000 0.00 0.00 0.00
5 0.33200E-01 -0.32250 0.0000 0.00 0.00 0.00
6 0.44267E-01 -0.43000 0.0000 0.00 0.00 0.00
7 0.55333E-01 -0.53750 0.0000 0.00 0.00 0.00
8 0.66400E-01 -0.64500 0.0000 0.00 0.00 0.00
9 0.77467E-01 -0.75250 0.0000 0.00 0.00 0.00
10 0.88533E-01 -0.86000 0.0000 0.00 0.00 0.00
11 0.99600E-01 -0.96750 0.0000 0.00 0.00 0.00
12 0.11067 -1.0750 0.0000 0.00 0.00 0.00
13 0.12173 -1.1825 0.0000 0.00 0.00 0.00
14 0.1328 -1.2900 0.0000 0.00 0.00 0.00
15 0.14387 -1.3975 0.0000 0.00 0.00 0.00
16 0.14387 -1.5050 0.0000 0.00 0.00 0.00
17 0.16600 -1.6125 0.0000 0.00 0.00 0.00
18 0.17707 -1.7200 0.0000 0.00 0.00 0.00
19 0.18813 -1.8275 0.0000 0.00 0.00 0.00
20 0.19920 -1.9350 0.0000 0.00 0.00 0.00
NODE X Z Y THXY THYZ THZX
21 0.21027 -2.0425 0.0000 0.00 0.00 0.00
22 0.22133 -2.1500 0.0000 0.00 0.00 0.00
23 0.23240 -2.2575 0.0000 0.00 0.00 0.00
24 0.24347 -2.3650 0.0000 0.00 0.00 0.00
25 0.25453 -2.4725 0.0000 0.00 0.00 0.00
26 0.26560 -2.5800 0.0000 0.00 0.00 0.00
27 0.27667 -2.6875 0.0000 0.00 0.00 0.00
28 0.28773 -2.7950 0.0000 0.00 0.00 0.00