Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ và bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng hợp kim ti 6al 4v

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NGUYỄN VĂN CẢNH
NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ
BÔI TRƠN TỐI THIỂU KHI PHAY MẶT PHẲNG HỢP KIM TI-6AL-4V

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – Năm 2024

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NGUYỄN VĂN CẢNH

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ
BÔI TRƠN TỐI THIỂU KHI PHAY MẶT PHẲNG HỢP KIM TI-6AL-4V

Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí

Mã số : 9.52.01.03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
1. PGS.TS. HOÀNG TIẾN DŨNG
2. GS.TS. PHẠM VĂN HÙNG

Hà Nội – Năm 2024

i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung luận án là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi dưới
sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Hồng Tiến Dũng và GS.TS. Phạm Văn Hùng.
Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khơng sao
chép từ bất cứ cơng trình nghiên cứu nào khác.

Hà Nội, ngày 11 tháng 03 năm 2024
Tác giả luận án

Nguyễn Văn Cảnh

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và lòng trân trọng nhất tới tập
thể hướng dẫn khoa học của tơi, PGS.TS. Hồng Tiến Dũng và GS.TS. Phạm
Văn Hùng, những người thầy khơng chỉ là nguồn cảm hứng mà cịn là kim chỉ
nam cho bước đường nghiên cứu của tôi. Sự hướng dẫn tận tâm, kiên nhẫn và
hỗ trợ không ngừng nghỉ của các Thầy trong suốt quá trình thực hiện luận án này
là điều không thể diễn tả hết bằng lời.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu Trường Đại học Công
nghiệp Hà Nội, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về mặt điều kiện làm việc và
trang thiết bị nghiên cứu, giúp tơi có thể tập trung vào luận án một cách tốt nhất.
Sự ủng hộ và hỗ trợ này thật sự là nguồn động viên lớn lao đối với tơi trong suốt
q trình nghiên cứu.

Bên cạnh đó, tơi khơng thể khơng nhắc đến sự giúp đỡ của các Thầy, Cô,
đồng nghiệp tại Trường Cơ khí, Ơ tơ, Trung tâm Cơ khí và Trung tâm Việt Nhật
đã đóng góp ý kiến chuyên mơn, hỗ trợ tơi trong q trình thực hiện nghiên cứu.

Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ về tài chính, thời gian và tạo điều kiện giúp đỡ của
Ban giám hiệu, phịng Tổ chức-hành chính, Trường Đại học công nghiệp Hà Nội

Tơi cũng muốn bày tỏ lịng biết ơn vơ hạn tới bố mẹ của tôi, những người
đã luôn bên cạnh, động viên và hỗ trợ tôi không chỉ trong q trình này mà cịn
trong cuộc sống. Sự hy sinh và tình yêu thương của bố mẹ là nguồn động lực vơ
giá giúp tơi vượt qua mọi khó khăn.

Cuối cùng, lời cảm ơn sâu sắc nhất của tôi dành tới người vợ thương yêu
của tôi, người bạn đồng hành, người luôn ủng hộ, chia sẻ mọi điều trong cuộc
sống và công việc trong gần 20 năm qua. Sự ủng hộ, chia sẻ và sư yêu thương từ
vợ và các con là nguồn động viên lớn lao giúp tơi ln tiến về phía trước.

Hà Nội, ngày 13 tháng 03 năm 2024

Tác giả luận án

Nguyễn Văn Cảnh

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... ii
MỤC LỤC..........................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ......................................................................... viii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ...................................................................... xi
DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT................................................. xii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .......................................................................... xv
MỞ ĐẦU.......................................................................................................... xvi

1. Lý do lựa chọn đề tài ........................................................................ xvi
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án....................................................xviii
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..................................................xviii
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ......................................... xix
5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... xx
6. Nội dung nghiên cứu ......................................................................... xx
7. Những đóng góp mới của đề tài ....................................................... xxi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG PHAY HỢP KIM TI-6AL-4V
TRONG ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN TỐI THIỂU ................................................. 1
1.1. HỢP KIM TITAN TI-6AL-4V ........................................................ 1

1.1.1. Titan........................................................................................... 1
1.1.2. Hợp kim titan............................................................................. 1
1.2. ỨNG DỤNG CỦA HỢP KIM TI-6AL-4V ..................................... 4
1.3. GIA CÔNG HỢP KIM TI-6AL-4V ................................................. 9
1.3.1. Khả năng gia công của hợp kim Ti-6Al-4V............................ 10
1.3.2. Bôi trơn – làm mát khi gia công cắt gọt hợp kim Ti-6Al-4V . 14

iv

1.4. BÔI TRƠN TỐI THIỂU VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIA CÔNG
CẮT GỌT...................................................................................................... 16

1.4.1. Tổng quan về công nghệ bôi trơn tối thiểu MQL ................... 17
1.4.2. Phân loại hệ thống MQL và ứng dụng .................................... 21

1.4.3. Dầu bôi trơn sử dụng trong MQL ........................................... 22
1.5. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
....................................................................................................................... 23
1.5.1. Tổng quan nghiên cứu ngoài nước.......................................... 23
1.5.2. Tổng quan nghiên cứu trong nước .......................................... 27
1.6. KẾT LUẬN .................................................................................... 29
CHƯƠNG 2. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH PHAY MẶT PHẲNG
HỢP KIM TI-6AL-4V ...................................................................................... 30
2.1. KHÁI QUÁT VỀ QUÁ TRÌNH PHAY......................................... 30
2.2. ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHAY MẶT PHẲNG .............. 31
2.2.1. Lực cắt trong quá trình phay mặt phẳng hợp kim Ti-6Al-4V. 31
2.2.2. Rung động trong quá trình phay hợp kim Ti-6Al-4V ............. 36
2.3. NHIỆT CẮT KHI PHAY TRONG ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN TỐI
THIỂU ........................................................................................................... 38
2.3.1. Sự sinh nhiệt trong quá trình phay .......................................... 38
2.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt ........................................ 39
2.4. MỊN DỤNG CỤ CẮT KHI GIA CƠNG...................................... 41
2.4.1. Cơ chế mài mòn dụng cụ cắt ................................................... 42
2.4.2. Các dạng mòn dụng cụ cắt ...................................................... 43

v

2.5. ĐẶC TRƯNG/TÍNH CHẤT BỀ MẶT SAU KHI PHAY............. 45
2.5.1. Độ nhám bề mặt sau khi phay ................................................. 47
2.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám ........................................ 48

2.6. GIA CÔNG PHAY HỢP KIM TI-6AL-4V TRONG ĐIỀU KIỆN
BÔI TRƠN TỐI THIỂU ............................................................................... 49

2.6.1. Đặc điểm của q trình gia cơng phay hợp kim Ti-6Al-4V ... 50

2.6.2. Ứng dụng bôi trơn tối thiểu khi gia công hợp kim Ti-6Al-4V.
................................................................................................................... 53
2.6.3. Đặc điểm dụng cụ cắt khi gia công hợp kim Ti-6Al-4V......... 54
2.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2............................................................... 55
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ THỰC NGHIỆM
KHẢO SÁT....................................................................................................... 57
3.1. MỤC TIÊU VÀ YÊU CẦU ........................................................... 57
3.1.1. Mục tiêu................................................................................... 57
3.1.2. Yêu cầu .................................................................................... 57
3.2. HỆ THỐNG THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM ... 57
3.2.1. Đối tượng thực nghiệm ........................................................... 57
3.2.2. Thiết bị thực nghiệm ............................................................... 58
3.3. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC MÔI TRƯỜNG BÔI TRƠN
KHÁC NHAU TỚI ĐỘ NHÁM, LỰC CẮT MÒN DỤNG CỤ CẮT ......... 63
3.3.1. Ma trận thực nghiệm ............................................................... 63
3.3.2. Tiến hành thí nghiệm............................................................... 64
3.3.3. Kết quả và bình luận................................................................ 65

vi

3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3............................................................... 72
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM, TỐI ƯU HĨA MỘT SỐ THƠNG SỐ CƠNG
NGHỆ VÀ BƠI TRƠN TỐI THIỂU KHI PHAY MẶT PHẲNG HỢP KIM TI-
6AL-4V ............................................................................................................. 74

4.1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................... 74
4.1.1. Mục tiêu................................................................................... 74
4.1.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................... 74

4.2. XÂY DỰNG MA TRẬN VÀ TỔ CHỨC THỰC NGHIỆM ........ 76

4.2.1. Xác định các thông số thực nghiệm ........................................ 76
4.2.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm............................................... 77
4.2.3. Tổ chức thực nghiệm............................................................... 79

4.3. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA THƠNG SỐ ĐẦU VÀO TỚI
CÁC CHỈ TIÊU ĐẦU RA ............................................................................ 82

4.3.1. Ảnh hưởng của thông số đầu vào tới Ra.................................. 82
4.3.2. Ảnh hưởng của thông số đầu vào đến lực cắt Fc ..................... 85
4.3.3. Ảnh hưởng của thông số đầu vào đến tốc độ loại bỏ vật liệu
MRR .......................................................................................................... 88
4.4. PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA ................................................... 88
4.4.1. Xây dựng mơ hình hồi quy với vec tơ hỗ trợ SVR ................. 88
4.4.2. Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu....................................... 91
4.5. TỐI ƯU HÓA QUÁ MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ BÔI
TRƠN TỐI THIỂU KHI PHAY MẶT PHẲNG HỢP KIM TI-6AL-4V..... 99
4.5.1. Xác định hàm mục tiêu............................................................ 99

vii

4.5.2. Tối ưu hóa đa mục tiêu quá trình phay hợp kim Ti-6Al-4V . 100
4.6. Kết luận chương 4 ........................................................................ 109
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ............................... 111
KẾT LUẬN ......................................................................................... 111
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ............................................... 112
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .......... 113
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 115
PHỤC LỤC ..................................................................................................... 125
Phụ lục 1: Kết quả đo mòn dụng cụ cắt............................................... 125
PHỤC LỤC 2: Code tối ưu hóa đa mục tiêu sử dụng kết hợp SVR-NSGA

2 - TOPSIS ...................................................................................................... 1
phụ lục 3: kết quả đo lực cắt.................................................................... 6
phụ lục 4: kết quả đo độ nhám ................................................................ 1
PHỤ LỤC 5: mỘT SỐ HÌNH ẢNH QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM ... 1

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1- 1. Ngun tố titan.............................................................................................1
Hình 1- 2. Phân loại hợp kim titan [14] ........................................................................3
Hình 1- 3. Ứng dụng vật liệu hợp kim Ti-6Al-4V trong một số lĩnh vực[98]..............4
Hình 1- 4. Ứng dụng trong lĩnh vực y tế của hợp kim Ti-6Al-4V [16] ........................5
Hình 1- 5. Implant nha khoa sử dụng vật liệu hợp kim Titan [17] ...............................5
Hình 1- 6. Khớp và xương sườn, xương ngực được chế tạo từ hợp kim titan..............5
Hình 1- 7. Tàu biển được chế tạo từ hợp kim titan .......................................................6
Hình 1- 8. Một số linh kiện ô tô được chế tạo từ hợp kim titan....................................6
Hình 1- 9. Tỉ trọng vật liệu hợp kim titan trong máy bay Boing 787 [23] ...................7
Hình 1- 10. Vật liệu titan trong chế tạo một số bộ phận chính của động cơ máy bay..8
Hình 1- 11. Chi tiết máy bay được gia cơng bằng hợp kim titan..................................8
Hình 1- 12. Một số bộ phận khung máy bay được chế tạo từ hợp kim titan ................9
Hình 1- 13. Phay mặt ứng dụng trong chế tạo một số chi tiết, bộ phận của máy bay sử
dụng dụng cụ cắt của hãng Sandvik [27] ....................................................................10
Hình 1- 14. Phân bố nhiệt khi gia cơng hợp kim tian [32]..........................................12
Hình 1- 15. Sự phân bố tải nhiệt khi gia công hợp kim titan và một số kim loại [26]14
Hình 1- 16. Định mức chi phí trong q trình gia cơng cắt gọt [43] ..........................15
Hình 1- 17. Ý tưởng về “dầu trên nước” trong bôi trơn tối thiểu [119]......................17
Hình 1- 18. Vịi phun trong hệ thống bơi trơn tối thiểu [49] ......................................18
Hình 1- 19. Cơ chế làm mát và bơi trơn trong MQL ..................................................18
Hình 1- 20. Các bộ phận của một hệ thống MQL [44]. ..............................................19

Hình 1- 21. Phương pháp MQL bên ngồi (a) và bơi trơn bên trong (b)....................21
Hình 1- 22. Màng dầu bơi trơn hình thành trên bề mặt phơi [120].............................22
Hình 1- 23. Mơ hình khảo sát tuổi bền dụng cụ khi gia công Ti-6Al-4V trong điều
kiện bôi trơn tối thiểu [95] ..........................................................................................24

ix

Hình 1- 24. So sánh lượng mịn dụng cụ cắt và độ nhám bề mặt khi gia công trong
điều kiện bôi trơn tối thiểu với gia công khô [54]. .....................................................24
Hình 1- 25. So sánh lực cắt và độ nhám bề mặt khi gia công trong điều kiện tưới tràn,
bôi trơn tối thiểu với gia cơng khơ [55]. .....................................................................25
Hình 1- 26. Đặc tính bề mặt của sản phẩm được gia công trong các điều kiện gia
công khác nhau: a) Dry – Gia công khô; b) Flood – Tưới tràn; c) MQL – bơi trơn tối
thiểu ............................................................................................................................. 26
Hình 2- 1. Cơ chế của quá trình cắt - quá trình tạo phoi.............................................30
Hình 2- 2. Các thành phần lực cắt khi phay................................................................31
Hình 2- 3. Các thành phần lực cắt khi phay với dao phay mặt đầu [64] ....................32
Hình 2- 4. Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới lực cắt khi phay hợp kim Ti-6Al-4V ở các
điều kiện bơi trơn khác nhau [71] ...............................................................................35
Hình 2- 5. Cơ chế mòn và các dạng mài mòn dụng cụ cắt .........................................41
Hình 2- 6. Sự sinh nhiệt trong kim loại cắt [121] .......................................................41
Hình 2- 7. Các loại mịn dụng cụ cắt...........................................................................43
Hình 2- 8. Sự thay đổi ứng suất dư theo chiều sâu lớp bề mặt kim loại .....................45
Hình 2- 9. Độ cứng nguội K và chiều sâu lớp cứng nguội [69]..................................46
Hình 2- 10. Profile độ nhám bề mặt [71] ....................................................................47
Hình 2- 11. Biểu đồ xương cá các thơng số công nghệ và chỉ tiêu chất lượng khi
nghiên cứu về q trình cắt gọt ứng dụng cơng nghệ bơi trơn tối thiểu .....................49
Hình 2- 12. Lựa chọn dụng cụ cắt theo độ cứng và nhiệt độ gia cơng .......................54
Hình 3- 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống bôi trơn tối thiểu tích hợp trên máy phay CNC
..................................................................................................................................... 58

Hình 3- 2. Bơm dầu micro pump ................................................................................59
Hình 3- 3. Sơ đồ mô tả hệ thống MQL sử dụng trong nghiên cứu .............................60
Hình 3- 4. Dao phay mặt đầu Sandvik sử dụng trong thực nghiệm............................61
Hình 3- 5. Máy đó nhám Mitutoyo Surftest JS-210....................................................62
Hình 3- 6. Thiết bị đo lực Kistler 9139AA .................................................................62

x

Hình 3- 7. Kính hiển vi VHX-7000, Keyence ............................................................62
Hình 3- 8. Trình tự thực hiện các thí nghiệm..............................................................65
Hình 3- 9. Sơ đồ phay phẳng hợp kim Ti-6Al-4V trong các thí nghiệm....................65
Hình 3- 10. So sánh độ nhám Ra với các chế độ bơi trơn khác nhau .........................66
Hình 3- 11. Hình chụp bề mặt sau gia cơng với các chế độ bơi trơn khác nhau.........67
Hình 3- 12. Biểu đồ tương tác đối với Ra....................................................................68
Hình 3- 13. So sánh giá trị lực cắt Fc với các chế độ bôi trơn khác nhau ...................69
Hình 3- 14. Biểu đồ tương tác cho giá trị lực cắt Fc ...................................................70
Hình 3- 15. So sánh lượng mòn dụng cụ cắt Vb với các chế độ bơi trơn khác nhau ..71
Hình 3- 16. Biểu đồ tương tác cho giá trị lượng mịn dụng cụ Vb ..............................72
Hình 4- 1. Sơ đồ quy trình thực nghiệm .....................................................................75
Hình 4- 2. Sơ đồ thiết kế thực nghiệm và phân tích theo phương pháp Taguchi [114]
..................................................................................................................................... 78
Hình 4- 3. Sơ đồ thực nghiệm .....................................................................................80
Hình 4- 4. Kết quả đo lực của thí nghiệm số 18 .........................................................81
Hình 4- 5. Biểu đồ khoảng tin cậy 95% của độ nhám Ra với vận tốc cắt Vc .............84
Hình 4- 6. Biểu đồ khoảng tin cậy 95% của độ nhám Ra với áp suất nguồn khí P.....85
Hình 4- 7. Biểu đồ khoảng tin cậy 95% của lực cắt Fc với chiều sâu cắt ap. ..............87
Hình 4- 8. Biểu đồ khoảng tin cậy 95% của lực cắt Fc với áp suất nguồn khí P ........88
Hình 4- 9. Lưu đồ thuật toán SVR sử dụng trong nghiên cứu ....................................90
Hình 4- 10. Lưu đồ thuật tốn NSGA – II ..................................................................92
Hình 4- 11. Sơ đồ giải thuật tối ưu hóa sử dụng kết hợp SVR-NSGA II – TOPSIS 101

Hình 4- 12. Kết quả so sánh giá trị độ nhám Ra dự dốn và thực tế .........................102
Hình 4- 13. Kết quả so sánh giá trị độ nhám Fc dự doán và thực tế .........................102
Hình 4- 14. Kết quả so sánh giá trị tốc độ loại bỏ vật liệu MRR dự doán và thực tế
................................................................................................................................... 103
Hình 4- 15. Biểu đồ bề mặt Pareto cho Ra, Fc và MRR ............................................103

xi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1- 1. Xếp hạng khả năng gia công cho một số vật liệu phổ biến [29] ...............11
Bảng 1- 2. Cơ tính của vật liệu hợp kim Ti-6Al-4V [34] ...........................................13
Bảng 2- 1. Khả năng gia công của một số hợp kim titan ............................................52
Bảng 3- 1. Thông số kỹ thuật hệ thống bôi trơn tối thiểu ...........................................59
Bảng 3- 2. Thông số kỹ thuật của trung tâm gia công DMU50..................................60
Bảng 3- 3. Thông số kỹ thuật mảnh cắt ......................................................................61
Bảng 3- 4. Thành phần hóa học của hợp kim Ti-6Al-4V [102]..................................61
Bảng 3- 5. Các biến khảo sát mòn dụng cụ với các mức giá trị tương ứng ................63
Bảng 3- 6. Ma trận thực nghiệm và các kết quả đo (ghi chú: nt = như trên).............63
Bảng 3- 7. Bảng phản ứng cho trung bình của giá trị độ nhám Ra .............................68
Bảng 3- 8. Bảng phản ứng cho độ lệch chuẩn của lực cắt Fc......................................69
Bảng 3- 9. Bảng phản ứng cho độ lệch chuẩn của lượng mòn mặt sau Vb.................71
Bảng 4- 1. Bảng tổng hợp các biến khảo sát và giá trị các mức tương ứng ...............77
Bảng 4- 2. Ma trận thực nghiệm Taguchi L27(313) cho tối đa 13 biến 3 mức [117] ...79
Bảng 4- 3. Ma trận thực nghiệm Taguchi L27(313)......................................................81
Bảng 4- 4. Phân tích ANOVA độ nhám bề mặt Ra .....................................................83
Bảng 4- 5. Phân tích ANOVA lực cắt Fc ....................................................................86
Bảng 4- 6. Tập hợp các bộ giá trị tối ưu tiềm năng (Pareto Front) theo phương pháp
SVR-NSGA 2- TOPSIS ............................................................................................107
Bảng 4- 7. Thực nghiệm kiểm chứng đánh giá độ tin cậy của phương pháp tối ưu hóa

đa mục tiêu SVR-NSGA 2 - TOPSIS .......................................................................108

xii

Từ viết tắt DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT
MQL Ý nghĩa
WNR
DIN Bôi trơn tối thiểu
HPC (“Mimimum Quantity Lubrication”)
SAE Hệ thống mã số định danh cho vật liệu của CHLB Đức
MSE (“Werkstoffnummer”)
Adj MS Viện tiêu chuẩn CHLB Đức.
Adj SS (“Deutsches Institut für Normung”)
ANOVA Cắt gọt dưới áp lực khí cao.
DF (“High Pressure Cutting”)
HRC Hiệp hội kỹ sư ô tô.
JIS (“Society of Automotive Engineers”)
SVR Sai số tồn phương trung bình.
(“Mean Squared Error”)
Trung bình cộng của phương sai hiệu chỉnh
(“Adjusted Mean Square”)
Tổng số độ lệch bình phương hiệu chỉnh
(“Adjusted Sum Square”)
Phân tích phương sai
(“Analysis of Variance”)
Số bậc tự do.
(“Degrees of Freedom”)
Thang đo độ cứng Rockwell
Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản.
(“Japanese Industrial Standards”)

Mơ hình hồi quy véc tơ hỗ trợ

xiii

Từ viết tắt Ý nghĩa
(“Support Vector Regression”)
OSHA Cục Quản lý An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp của Hoa
Kỳ.
(NIOSH) (“U.S. Occupational Safety and Health
MCDM Administration.”)
TOPSIS Viện Quốc gia về An tồn và Sức khỏe Cơng việc của
NSGA II Hoa Kỳ.
PVD (“U.S. National Institute for Occupational Safety and
CVD Health”)
ML Phương pháp ra quyết định đa tiêu chí.
R2 (“Multi-Criteria Decision Making”)
Kỹ thuật xác định thứ tự ưu tiên bằng sự tương đồng với
giải pháp lý tưởng.
(“Technique for Order of Preference by Similarity to
Ideal Solution”)
Giải thuật di truyền sắp xếp không trội II
(“Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II)
Phương pháp bay hơi lắng đọng vật lý.
(“Physical Vapor Deposition.”)
Phương pháp bay hơi lắng đọng hóa học.
(“Chemical Vapor Deposition.”)
Phương pháp máy học.
(“Machine Learning”)
Hệ số xác định.
(“Coefficient of determination”)

xiv

Từ viết tắt Ý nghĩa
Hệ số xác định điều chỉnh.
R2adj (“Coefficient of determination adjusted”)
Cộng hòa liên bang.
CHLB Tiêu chuẩn Việt Nam
TCVN Chế độ bôi trơn
CL Chế độ tưới tràn khi gia công cắt gọt
Flood

xv

Ký hiệu DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Đơn vị
Ra µm
Diễn giải µm
Vb Độ nhám bề mặt. bar
Lượng mòn măt sau dụng cụ cắt ml/h
P Áp suất nguồn khí làm mát chọ hệ thống bơi trơn tối thiểu m/ph
Q Lưu lượng dầu bôi trơn cho hệ thống bôi trơn tối thiểu mm/r
Vc Vận tốc cắt mm
fz Lượng chạy dao răng mm
ap Chiều sầu cắt
ae Chiều rộng lớp cắt mm3/ph
MRR Tốc độ loại bỏ vật liệu -
Dry Gia công khô -
Flood Tưới tràn

xvi

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI

Hợp kim titan là vật liệu quan trọng được sử dụng phổ biến trong các lĩnh
vực y sinh, cơng nghiệp quốc phịng, hàng khơng – vũ trụ.. trong đó, Ti-6Al-4V
là hợp kim phổ biến nhất, với tỉ trọng trên 50% lượng hợp kim titan được tiêu
thụ trên tồn cầu [1]. Có nhiều phương pháp gia cơng hợp kim titan như gia công
công biến dạng, in 3D... tuy nhiên, cắt gọt vẫn là phương pháp gia công phổ biến
nhất.

Trong q trình gia cơng cắt gọt hợp kim Ti-6Al-4V, nhiệt sinh ra do ma
sát giữa dụng cụ cắt và vật liệu gia công tại vùng tiếp xúc cắt gọt là rất lớn, gây
ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác, chất lượng bề mặt gia công, và độ bền của
dụng cụ cắt. Để tăng tốc độ gia công và giảm nhiệt và lực cắt, dung dịch trơn
nguội thường được sử dụng.

“Phương pháp bôi trơn và làm mát bằng dung dịch trơn nguội phổ biến nhất
là “tưới tràn” với việc hướng vòi phun dung dịch trơn nguội tưới tràn vào vùng
cắt gọt. Tuy nhiên, phương pháp tưới tràn có một số hạn chế nhất định về hiệu
quả kinh tế, môi trường, và sức khỏe người sử dụng. Trong đó, chi phí mua và
xử lý dung dịch trơn nguội sau khi sử dụng rất tốn kém [2] và do dung dịch trơn
nguội có độc tính khơng phân hủy sinh học [3]. Hiện nay, để khắc phục những
hạn chế của phương pháp tưới tràn, bôi trơn tối thiểu (MQL) đã được nghiên cứu
triển khai.”Phương pháp này cho cho phép giảm thiểu lượng chất lỏng bôi trơn
làm mát và sử dụng những chất lỏng không gây hại cho môi trường đồng thời
không ảnh hưởng đến sức khỏe của người vận hành [4]. Do đó MQL được đánh
giá là phương pháp bơi trơn làm mát cho phù hợp cho q trình gia cơng cơ khí
theo định hướng “gia cơng bền vững – sustainable machining” và “sản xuất xanh
– green manufacturing”.

xvii

Trong phương pháp MQL một lượng nhỏ hỗn hợp dầu và khí điều áp được
phun trực tiếp vào khu vực cắt gọt với lưu lượng dưới 1.000 ml/h. Do đó, lưu
lượng dầu bơi trơn trong phương pháp MQL ít hơn tới 10.000 lần so với phương
pháp tưới tràn [5], [6], [7] và có thể tiết kiệm đến 15% chi phí [8].

Hiện nay, phương pháp MQL chưa được sử dụng phổ biến trong gia công
cắt gọt tại Việt Nam. Tuy nhiên, với việc hiện thực hóa chủ trương “Phát triển
kinh tế đi đôi với bảo vệ môi trường” [9] một số nghiên cứu áp dụng phương
pháp MQL trong gia công các vật liệu phổ biến như thép dụng cụ SKD 11 [10]
hay thép 9XC (9CrSi) qua tôi [11] đã được nghiên cứu và công bố. “Các nghiên
cứu này đã so sánh chất lượng bề mặt gia công và tuổi thọ dụng cụ khi sử dụng
phương pháp bôi trơn MQL và phương pháp bôi trơn làm mát tưới tràn. Nghiên
cứu sử dụng các loại dầu bôi trơn truyền thống và dầu bôi trơn gốc thực vật trong
MQL bước đầu cho thấy hiệu quả ưu điểm của các loại dầu bôi trơn gốc thực vật
trong việc đảm bảo chất lượng bề mặt và tăng tuổi bền dụng cụ cắt.”

Trong quá trình tham gia vào chuỗi cung ứng tồn cầu trong lĩnh vực cơng
nghiệp ơ tơ, hàng khơng, quốc phịng… việc nâng cao năng lực gia cơng hợp kim
titan của ngành chế tạo máy Việt Nam đang ngày càng cấp thiết. Nghiên cứu phay
tinh mặt phẳng hợp kim Ti-6Al-4V sử dụng phương pháp bôi trơn MQL sẽ tạo điều
kiện để phát triển phương pháp MQL trong gia công các tại Việt Nam…Do đó,
nghiên cứu sinh đã lựa chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu tối ưu hóa một số
thông số công nghệ và bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng hợp kim Ti-6Al-
4V” hướng tới “sản xuất xanh và bền vững”, đồng thời xây dựng nền tảng cho việc
hội nhập chuỗi cung ứng toàn cầu trong gia cơng các sản phẩm có giá trị gia tăng
cao.”

xviii

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
Mục tiêu chung

Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ và bôi trơn tối thiểu
(QML) khi phay mặt phẳng hợp kim Ti-6Al-4V.
Mục tiêu cụ thể

“- Xây dựng và tích hợp hệ thống MQL phục vụ nghiên cứu phay mặt phẳng
hợp kim Ti-6Al-4V.

- Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của các chế độ gia công và ảnh hưởng
của các thơng số cơng nghệ q trình phay mặt phẳng tới giá trị độ nhám bề mặt
(Ra), lượng mòn dụng cụ (Vb) và lực cắt (Fc).

- Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của một số thông số công
nghệ và bôi trơn tối thiểu gồm: vận tốc cắt (Vc); lượng chạy dao răng (fz); chiều
sâu cắt (ap); áp suất nguồn khí nén (P), lưu lượng dầu bôi trơn (Q) đến độ nhám
bề mặt nhám bề mặt (Ra), lực cắt (Fc), tốc độ loại bỏ vật liệu (MRR) khi phay
tinh mặt phẳng hợp kim Ti-6Al-4V.

- Nghiên cứu tối ưu hóa các thơng số cơng nghệ và bơi trơn tối thiểu sử
dụng kết hợp các mơ hình hồi quy véc tơ hỗ trợ, giải thuật trí tuệ nhân tạo NSGA
II và phương pháp ra quyết định đa tiêu chí TOPSIS, từ đó đưa ra các chỉ dẫn
cơng nghệ khi phay mặt phẳng hợp kim Ti-6Al-4V trong điều kiện bôi trơn tối
thiểu.”
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu

Quá trình phay tinh mặt phẳng hợp kim Ti-6Al-4V trong điều kiện bôi
trơn tối thiểu.