Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đánh bóng bi đũa trụ :Báo cáo tổng kết đề tài Khoa học cấp trường - Khoa công nghệ Cơ khí

Mẫu IUH1521

BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đánh bóng bi

đũa trụ.

Mã số đề tài: 181.CK02

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Châu Ngọc Lê

Đơn vị thực hiện: Khoa Công Nghệ Cơ Khí

i

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy mài bóng bi

đũa trụ”, Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình, tạo điều kiện của tập thể

lãnh đạo, các giảng viên của Khoa Công nghệ Cơ khí; Ban lãnh đạo và chuyên viên

của phòng Quản lý khoa học và Hợp tác quốc tế Trường Đại học Công nghiệp

Thành phố Hồ Chí Minh.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân của Tôi đã động viên,

khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ Tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành đề

tài nghiên cứu này.

Xin kính chúc quý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp dồi dào sức khỏe, hạnh phúc và

thành công.

ii

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG

1.1. Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đánh bóng bi đũa trụ.

1.2. Mã số: 181.CK02

1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT Họ và tên

(học hàm, học vị)

Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 ThS. Châu Ngọc Lê Khoa Cơ khí Chủ nhiệm

2 TS. Nguyễn Thành Tâm Khoa Động lực Thành viên

1.4. Đơn vị chủ trì: Khoa Công nghệ Cơ khí

1.5. Thời gian thực hiện:

1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 01 năm 2018 đến tháng 12 năm 2018

1.5.2. Gia hạn (nếu có):

1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 01 năm 2018 đến tháng 12 năm 2018

1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):

(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện;

Nguyên nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)

1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 95 triệu đồng.

PHẦN II. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)

Bi đũa trụ là một chi tiết máy quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong các chi

tiết máy, động cơ điện, công nghiệp xe máy, và các hộp số trong các động cơ truyền

động. Nó có khả năng chịu tải trọng hướng tâm và tải trọng động cao do vòng lăn

và bi đũa trụ tiếp xúc trực tiếp với nhau. Sự chính xác trong quá trình truyền động

và tuổi thọ của bi đũa trụ phụ thuộc vào chất lượng bề mặt và độ chính xác hình

dáng của các viên bi đũa trụ. Đề tài đã nghiên cứu đặc tính của quá trình gia công bi

đũa trụ bằng cách kết hợp chuyển động của 2 đĩa mài, trên cơ sở đó thiết kế và chế

tạo ra máy đánh bóng bi đũa trụ. Đồng thời thực nghiệm xác định ảnh hưởng của

các thông số gia công như tải trọng, kích thước hạt mài đến độ nhám bề mặt chi tiết

thép AISI 52100. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, kích thước hạt mài ảnh hưởng

iii

lớn đến chất lượng bề mặt gia công. Tuy nhiên, độ nhám bề mặt cải thiện ít hơn

trong quá trình đánh bóng. Bên cạnh đó, sự ảnh hưởng của tải trọng tác dụng cũng

được thiết lập trong quá trình mài thô và đánh bóng để xem xét ảnh hưởng đến chất

lượng bề mặt gia công. Kết quả độ nhám bi đũa trụ (Ø15x25 mm) sau 3 giờ gia

công được cải thiện từ Ra = 1,5 µm xuống còn Ra = 0,1µm với đĩa mài mềm.

Abtracts:

Cylindrical roller bearing is an important part of the machine and it has been widely

used in machinery parts, electric motors, motorcycles, and gearboxes. It capable of

supporting high loads and dynamic loads due to the rolling rod and the rollers of

bearings being in direct contact. The operational precision and working life of

rolling bearings depends on the surface quality and profile accuracy of cylindrical

rollers. The characteristics of the roller bearings processing by combining the

movements of two lapping plates is studied in this research. Based on the results,

the polishing machine is designed and manufactured. The influence of machining

parameters such as load, abrasive size on surface roughness of cylindrical rollers

were investigated by experiments. Abrasive size has effect on the surface

roughness, the surface roughness of rollers have changed significantly in lapping

process. However, the surface roughness has slightly reduced in polishing process.

In addition, with the increase of the load, the smoother surfaces with better

roughness can be obtained after lapping and polishing process in this paper. The

surface roughness of cylindrical rollers (Ø15x25 mm) were reduced rapidly from

Ra = 1,5 µm to Ra = 0,1µm after three hours’ processing under double-side lapping

plates attached with flannelette polishing pad.

2. Đặt vấn đề

Vòng bi đũa trụ đã được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp cơ khí, động

cơ điện, xe máy và hộp số. Nó có khả năng chịu tải trọng hướng tâm cao và tải động

do thanh lăn và trục lăn của vòng bi tiếp xúc trực tiếp. Theo truyền thống, bề mặt

của viên bi trụ được tạo ra bằng phương pháp tiện và kết thúc bằng mài tinh bằng đá

mài. Quá trình gia công này đòi hỏi một lượng thời gian gia công tương đối lớn.

iv

Ngoài ra, các yếu tố của quá trình sản xuất như độ chính xác của máy, vị trí của đá

mài và rung động ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình gia công viên bi trụ.

Điều này dẫn đến chi phí sản xuất sẽ tăng lên và năng suất tương đối thấp.

Ngày nay, có nhiều nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng bề mặt gia công cho viên

bi đũa trụ bằng cách áp dụng phương pháp cơ - hóa học (CMP). Các kết quả thí

nghiệm cho thấy rằng, độ nhám bề mặt Ra và độ tròn của chi tiết gia công theo kỹ

thuật CMP đạt được lần lượt là 0,023 μm và 0,39 μm. Bên cạnh đó, chất lượng bề

mặt của chi tiết gia công được cải thiện rõ rệt như độ bằng phẳng và độ sáng bóng

bề mặt khi sử dụng kỹ thuật CMP. Tuy nhiên, đối với phương pháp CMP phải tốn

thời gian gia công chuẩn bị bề mặt chi tiết trước khi bước vào gia công chính thức.

Kỹ thuật mài mòn điện phân (ELID) được sử dụng, giúp giảm bớt mài mòn bánh

mài và hạt mài. Hệ thống mài ELID gồm bánh mài với hạt mài bằng kim cương,

một nguồn cung cấp năng lượng điện, một điện cực và làm mát. Bánh mài kim

cương được kết nối với các thiết bị đầu cực dương của nguồn cung cấp năng lượng

thông qua tiếp xúc điện và một điện cực cố định đã được kết nối với các thiết bị đầu

cực âm. Giữ khoảng cách xấp xỉ 0.1mm giữa các bánh mài và các điện cực. Tuy

nhiên, phương pháp này ứng dụng hạn chế do chi phí tương đối cao cho quá trình

điện phân và thiết kế các điện cực.

Ngoài ra, phương pháp gia công bằng chất lỏng từ biến (MRF) cũng được áp dụng

gia công với độ chính xác bề mặt cao do được điều khiển bằng máy tính. Hệ thống

MRF có một máy bơm liên tục bơm chất lỏng từ lưu biến. Các chất lỏng được đưa

vào vùng đánh bóng nhờ vào một vòi phun chất lỏng. Chất lỏng từ lưu biến kết hợp

với các hạt từ tính như cerium oxide (CeO2) và nano-kim cương. Một nam châm

điện được sử dụng để tạo ra hướng từ trường. Nó được đặt ở dưới bánh mài. Khi

chất lỏng từ lưu biến đi qua vùng từ trường, nó liên kết lại và hoạt động như một

dụng cụ đánh bóng. Tuy nhiên, phương pháp này có chi phí tương đối cao do sử

dụng lưu chất từ biến và thiết kế điều khiển dòng lưu chất từ biến.

v

Trong nghiên cứu này, nguyên lý gia công bằng 2 đĩa mài kết hợp vẫn được sử dụng

trong để tiến hành gia công các viên bi đũa trụ. Để nâng cao hiệu quả và chất lượng

bề mặt chi tiết trong quá trình gia công thì bề mặt 2 đĩa mài bằng thép được bao phủ

bằng giấy nhám. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của chi tiết gia công như hệ

số ma sát, kích thước hạt mài và tải trọng tác dụng sẽ được nghiên cứu trong bài báo

này. Các thí nghiệm gia công đánh bóng bề mặt bi đũa trụ bằng thép AISI 52100

được thực hiện, và các kết quả thử nghiệm sẽ được phân tích và thảo luận. Dựa trên

kết quả gia công, quá trình mài bằng đĩa mài giấy nhám cải thiện đáng kể chất

lượng bề mặt gia công và lượng vật liệu được cắt gọt. Kết quả thực nghiệm chỉ ra

rằng, độ nhám bề mặt cải thiện đáng kể từ Ra = 0,17 μm xuống còn 0.027 µm và

hiệu suất gia công được tăng lên.

Vì vậy, nâng cao hiệu suất của quá trình gia công và cải thiện chất lượng bề mặt là

nhu cầu cấp thiết hiện nay. Dựa trên nền tảng của quá trình mài nghiền, nghiên cứu

này đã đề xuất phương pháp gia công bằng cách kết hợp chuyển động quay tròn của

2 đĩa mài với dung dịch mài tạo nên quá trình gia công. Phương pháp này tạo ra

năng suất cao hơn bởi vì cùng lúc có thể gia công nhiều chi tiết với điều kiện gia

công tương ứng. Ngoài ra, chất lượng bề mặt chi tiết gia công còn được điều khiển

bằng cách thiết lập các thông số công nghệ của quá trình gia công như vận tốc đánh

bóng, lực ép trên đĩa mài, nồng độ dung dịch mài và kết cấu thiết bị gá chi tiết. Kết

quả chỉ thông qua một quá trình gia công đơn giản mà có thể gia công cùng lúc

nhiều chi tiết và chất lượng bề mặt của các chi tiết trong loạt gia công tương đối

đồng đều nhau, góp phần làm giảm thời gian và tăng độ chính xác gia công.

3. Mục tiêu

Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng phương pháp gia công mài tinh bề mặt bi đũa

trụ bằng cách kết hợp chuyển động của hai đĩa mài và dung dịch mài để tạo ra quá

trình gia công. Trên cơ sở đó, thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt bi đũa trụ.

4. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu phân tích lý thuyết: dựa trên các nghiên cứu trong và ngoài nước để làm

cơ sở lý luận khi tiến hành tính toán và thiết kế kết cấu các chi tiết của máy.

vi

Nghiên cứu thực nghiệm: dựa trên máy mài tinh bề mặt bi đũa trụ được chế tạo và

lắp ráp hoàn thiện sẽ tiến hành gia công thử nghiệm đánh giá chất lượng của máy.

5. Tổng kết về kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiện cứu của đề tài đạt được:

 Thiết kế và chế tạo được máy mài tinh bề mặt bi đũa trụ đạt yêu cầu kỹ thuật.

 Gia công thử nghiệm.

 Xác định được ảnh hưởng kích thước hạt mài đến độ nhám bề mặt bi đũa trụ.

 Xác định được ảnh hưởng của tải trọng đến độ nhám bề mặt bi đũa trụ.

6. Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận

TT Kết quả nghiên cứu

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu

kinh tế - kỹ thuật

Đăng ký Đạt được

1 Máy đánh bóng bi

đũa trụ

- Số vòng quay đĩa mài:

50- 400 vòng/phút

- Lực ép: P = 3-6 bar

- Số vòng quay trục

chính: 0- 400 vòng/phút

- Lực ép: P = 0-6 bar

2 Sản phẩm mẫu - Kích thước bi đũa trụ: 10

-20 mm

- Độ nhám bề mặt đạt

được: Ra ≤ 0.1µm

- Kích thước bi đũa trụ:

Ø15x25

- Độ nhám bề mặt đạt

được: Ra = 0.1µm

3 Tập bản vẽ thiết kế 01 tập bản vẽ thiết kế 01 tập bản vẽ thiết kế

4 Bài báo khoa học 01 bài báo đăng ở tạp chí

IUH hoặc hội thảo khoa

học có tính điểm

- 01 bài báo đăng Hội

nghị quốc tế MMMS

2018 tại Đà nẵng.

- 01 bài báo đăng ở tạp

chí IUH.

Kết luận:

Dựa trên các kết quả nghiên cứu và so sánh với yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho

thấy nhiệm vụ chính của đề tài đã hoàn thành đúng yêu cầu. Với kết quả nghiên cứu

của đề tài sẽ làm cơ sở cho các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo về gia công các bề

mặt các viên bi của ổ lăn phức tạp khác.

vii

PHẦN III. SẢN PHẨM ĐỀ TÀI, CÔNG BỐ VÀ KẾT QUẢ ĐÀO TẠO

3.1. Kết quả nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3)

TT Kết quả nghiên cứu

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu

kinh tế - kỹ thuật

Đăng ký Đạt được

1 Máy đánh bóng bi

đũa trụ

- Số vòng quay đĩa mài:

50- 400 vòng/phút

- Lực ép: P = 3-6 bar

- Số vòng quay trục

chính: 0- 400 vòng/phút

- Lực ép: P = 0-6 bar

2 Sản phẩm mẫu - Kích thước bi đũa trụ: 10

-20 mm

- Độ nhám bề mặt đạt

được: Ra ≤ 0.1µm

- Kích thước bi đũa trụ:

Ø15x25

- Độ nhám bề mặt đạt

được: Ra = 0.1µm

3 Tập bản vẽ thiết kế 01 tập bản vẽ thiết kế 01 tập bản vẽ thiết kế

4 Bài báo khoa học 01 bài báo đăng ở tạp chí

IUH hoặc hội thảo khoa

học có tính điểm

- 01 bài báo đăng Hội

nghị quốc tế MMMS

2018 tại Đà nẵng.

- 01 bài báo đăng ở tạp

chí IUH.

Ghi chú:

- Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo…) chỉ được

chấp nhận nếu có ghi nhận địa chỉ và cảm ơn trường ĐH Công Nghiệp Tp. HCM đã

cấp kính phí thực hiện nghiên cứu theo đúng quy định.

- Các ấn phẩm (bản photo) đính kèm trong phần phụ lục minh chứng ở cuối

báo cáo. (đối với ấn phẩm là sách, giáo trình cần có bản photo trang bìa, trang chính

và trang cuối kèm thông tin quyết định và số hiệu xuất bản)

3.2. Kết quả đào tạo

TT Họ và tên

Thời gian

thực hiện đề tài

Tên đề tài

Tên chuyên đề nếu là NCS

Tên luận văn nếu là Cao học

Đã bảo vệ

Nghiên cứu sinh

Học viên cao học

viii

Sinh viên Đại học

Ghi chú:

- Kèm bản photo trang bìa chuyên đề nghiên cứu sinh/ luận văn/ khóa luận và

bằng/giấy chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ nếu học viên đã bảo vệ thành

công luận án/ luận văn;( thể hiện tại phần cuối trong báo cáo khoa học)

PHẦN IV. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ

TT Nội dung chi

Kinh phí

được duyệt

(triệu đồng)

Kinh phí

thực hiện

(triệu đồng)

Ghi

chú

A Chi phí trực tiếp 95 95

1 Thuê khoán chuyên môn 35 35

2 Nguyên, nhiên vật liệu, cây con. 52 52

3 Thiết bị, dụng cụ

4 Công tác phí

5 Dịch vụ thuê ngoài

6 Hội nghị, hội thảo, thù lao nghiệm thu giữa kỳ

7 In ấn, Văn phòng phẩm 3.25 3.25

8 Chi phí khác

B Chi phí gián tiếp

1 Quản lý phí 4.75 4.75

2 Chi phí điện, nước

Tổng số 95 95

PHẦN V. KIẾN NGHỊ ( về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài)

Do thời gian và kinh phí thực hiện đề tài có hạn nên đề tài cần được phát triển

thêm một số vấn đề sau:

 Nghiên cứu và trang bị thêm hệ thống cung cấp và khuấy trộn dung dịch

mài tự động để tối ưu hóa và ổn định lượng dung dịch cấp cho máy khi gia

công.

 Nghiên cứu mô phỏng tải trọng ảnh hưởng đến chuyển động của viên bi trụ

trong quá trình gia công để thấy được bản chất của quá trình tiếp xúc khi

mài.