Thiết kế và chế tạo máy mài bề mặt cầu ứng dụng chất lỏng phi Newton :Báo cáo tổng kết đề tài Khoa học cấp trường

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: Thiết kế và chế tạo máy mài bề mặt cầu ứng dụng

chất lỏng phi Newton.

Mã số đề tài: IUH.KCK 02/16

Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Đức Nam

Đơn vị thực hiện: Khoa Công Nghệ Cơ Khí

i

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG

1.1. Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo máy mài bề mặt cầu ứng dụng chất lỏng phi

Newton

1.2. Mã số: IUH.KCK 02/16

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 TS. Nguyễn Đức Nam Khoa Cơ khí Chủ nhiệm

2 TS. Đường Công Truyền Khoa Nhiệt lạnh Thành viên

3 ThS. Châu Ngọc Lê Khoa Cơ khí 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 05 năm 2016 đến tháng 05 năm 2017

1.5.2. Gia hạn (nếu có):

1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 05 năm 2016 đến tháng 09 năm 2017

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)

Đề tài đã nghiên cứu đặc tính của quá trình gia công bằng chất lỏng phi Newton,

trên cơ sở đó thiết kế và chế tạo ra máy mài tinh bề mặt cầu. Đồng thời thực nghiệm

xác định ảnh hưởng của tốc độ mài, nồng độ dung dịch mài và kích thước hạt mài

đến độ nhám bề mặt chi tiết thép SKD11. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, tốc độ

mài ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bề mặt gia công. Tốc độ gia công càng tăng

thì độ nhám bề mặt càng giảm. Bên cạnh đó, nồng độ dung dịch mài cũng ảnh

hưởng đến chất lượng bề mặt gia công như tốc độ mài. Còn kích thước hạt mài

dường như không ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công. Kết quả độ nhám bề

ii

mặt cầu bằng thép SKD11 sau khi gia công giảm từ Ra = 160nm xuống còn Ra =

28nm.

Abtract:

The non-Newtonian principle are analyzed in this research to design and

manufacture the polishing machine. The rheological behaviors of slurry are

analyzed for the determination of shear thickening conditions. The experimental

studies were carried out to reveal the influence of polishing speed, abrasive

concentration and abrasive size on the surface roughness of SKD11 steel. Based on

the experiment results, the polishing speed has obvious influence on surface

roughness. With the increase of the polishing speed, smoother surface with better

roughness can be obtained. The abrasive concentration is an important factor that

influences polishing effect. The higher the abrasive concentration is, the better the

results are. With the increase of the abrasive size, it is seem that very little effect on

surface roughness improvement. A fine workpiece surface with nearly no scratches

was obtained, and surface roughness of SKD11 steel was reduced sharply from

Ra = 160 nm to Ra = 28 nm after one hour of processing.

2. Đặt vấn đề

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp chất bán dẫn, thiết bị quan

sát, dụng cụ quang học và quang điện tử đã làm tăng nhu cầu đối với các bề mặt

cong. Các bề mặt cong đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực của ngành sản

xuất công nghiệp như các cánh quạt của động cơ phản lực, các thấu kính quang học,

khuôn đúc trong ngành sản xuất sản phẩm nhựa, khớp hông và khớp gối nhân tạo

trong lĩnh vực cấy ghép y sinh học. Các bề mặt này đòi hỏi yêu cầu chất lượng bề

mặt rất cao và công nghệ gia công hiệu suất cao. Trước đây, quá trình gia công tinh

bề mặt được chế tạo thông qua phương pháp gia công truyền thống như tiện, phay

và kết thúc bằng mài tinh. Quá trình này yêu cầu một lượng thời gian gia công lớn

nên năng suất hạn chế. Bên cạnh đó, chất lượng bề mặt sau gia công chỉ ở một giới

hạn nhất định. Hiện nay, có rất nhiều công nghệ gia công đã được phát triển và áp

iii

dụng để gia công các bề mặt cong, chẳng hạn như công nghệ gia công bằng bức xạ

đàn hồi, gia công bằng cơ – hoá học, gia công bằng thuỷ động lực học, gia công

bằng chất lỏng từ biến. Phương pháp bức xạ đàn hồi có thể gia công bề mặt cong

đạt chất lượng cao nhưng hiệu suất thấp. Phương pháp gia công bằng cơ – hoá học

có thể đạt hiệu suất cao hơn, tuy nhiên chất thải hoá học sẽ gây ảnh hưởng đến môi

trường. Phương pháp gia công bằng chất lỏng từ biến được áp dụng gia công các bề

mặt cong với độ chính xác bề mặt cao do được điều khiển bằng máy tính. Tuy

nhiên, phương pháp này ứng dụng hạn chế do chi phí tương đối cao cho chất điện từ

và thiết kế các điện cực.

Để cải thiện hiệu suất và chất lượng bề mặt gia công thì phương pháp gia công mài

tinh bằng chất lỏng phi Newton là cần thiết và cấp bách. Trong phương pháp này,

ứng suất chất lỏng phi Newton được sử dụng để tạo nên quá trình cắt gọt trong gia

công. Hiệu quả của chất lỏng phi Newtơn là tạo ra ứng suất cắt nhờ sự chuyển động

của chất lỏng. Dưới tác dụng của lực chuyển động, độ nhớt của chất lỏng phi

Newtơn sẽ thay đổi và phản ứng hoàn toàn khác với chất lỏng thông thường. Chất

lỏng phi Newtơn này có khả năng gia công linh hoạt với các bề mặt cong mà vẫn

đáp ứng được yêu cầu cắt gọt và chất lượng bề mặt, trong khi đó dung dịch mài có

thể sử dụng lại sẽ không gây ảnh hưởng đến môi trường.

3. Mục tiêu

Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng phương pháp gia công mài tinh bằng chất

lỏng phi Newton cho các bề mặt phức tạp như: mặt cầu lồi, mặt cầu lõm và bề mặt

khuôn.

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.

Nghiên cứu thực nghiệm: dựa trên máy mài theo nguyên lý phi Newton được chế

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

máy.

iv

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 bề mặt cầu đạt yêu cầu kỹ thuật.

 Gia công thử nghiệm .

 Xác định được ảnh hưởng của tốc độ quay của thùng dung dịch mài đến độ

nhám bề mặt.

 Xác định được ảnh hưởng của nồng độ dung dịch mài đến độ nhám bề mặt.

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

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 mài bề mặt cầu - Kích thước máy:

800x1200x800

- Số vòng quay trục chính:

50- 350 vòng/phút

- Kích thước máy:

800x1200x800

- Số vòng quay trục

chính: 0- 950 vòng/phút

2 Sản phẩm mẫu - Kích thước Ø50x40

- Độ nhám Ra < 10 µm

- Kích thước Ø40x40

- Độ nhám Ra < 0.03µm

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

4 Tập quy trình công

nghệ

01 tập quy trình công nghệ 01 tập quy trình công

nghệ

5 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 khoa học và công

nghệ toàn quốc Cơ khí -

Động lực 2017.

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 phức tạp khác.

v

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 Tên sản phẩm

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu

kinh tế - kỹ thuật

Đăng ký Đạt được

1 Máy mài bề mặt cầu - Kích thước máy:

800x1200x800

- Số vòng quay trục chính:

50- 350 vòng/phút

- Kích thước máy:

800x1200x800

- Số vòng quay trục

chính: 0- 950 vòng/phút

2 Sản phẩm mẫu - Kích thước Ø50x40

- Độ nhám Ra < 10 µm

- Kích thước Ø40x40

- Độ nhám Ra < 0.03µm

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

4 Tập quy trình công

nghệ

01 tập quy trình công nghệ 01 tập quy trình công

nghệ

5 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 khoa học và công

nghệ toàn quốc Cơ khí -

Động lực 2017.

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

Vũ Văn Bộ 02/2017 – 09/2017 Nghiên cứu ứng dụng chất Chuẩn bị

vi

lỏng phi Newton trong gia

công bề mặt cầu

bảo vệ

trong

tháng

10/2017

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

T

T 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 41 41

2 Nguyên, nhiên vật liệu, cây con.. 51 51

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 3

8 Chi phí khác

B Chi phí gián tiếp

1 Quản lý phí

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.

vii

 Nghiên cứu mô phỏng dòng chảy quả quá trình gia công bằng chất lỏng phi

Newton để thấy được bản chất của quá trình tiếp xúc khi mài.

 Nghiên cứu tiến hành thực nghiệm gia công cho các bề mặt cầu lõm và các

bề mặt cong phức tạo khác.

PHẦN VI. PHỤ LỤC ( liệt kê minh chứng các sản phẩm nêu ở Phần III)

Tp. HCM, ngày ........ tháng........ năm .......

Chủ nhiệm đề tài Phòng QLKH&HTQT Khoa Công nghệ Cơ khí

Trưởng Khoa

(Họ tên, chữ ký)

viii