Nghiên cứu tiện thép hợp kim 9xc sau tôi có gia nhiệt bằng laser
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.91 MB, 145 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------
NGUYỄN THÀNH HUÂN
NGHIÊN CỨU TIỆN THÉP HỢP KIM 9XC SAU TÔI
CÓ GIA NHIỆT BẰNG LASER
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Hà Nội – 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------
NGUYỄN THÀNH HUÂN
NGHIÊN CỨU TIỆN THÉP HỢP KIM 9XC SAU TÔI
CÓ GIA NHIỆT BẰNG LASER
Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 9520103
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Trần Xuân Thái
2. PGS.TS. Nguyễn Đức Toàn
Hà Nội - 2018
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, thực hiện dưới sự
hướng dẫn của tập thể cán bộ hướng dẫn: TS. Trần Xuân Thái và PGS.TS. Nguyễn
Đức Toàn. Các số liệu, kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực,
trích dẫn đầy đủ và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 03 tháng 10 năm 2018
Tập thể hướng dẫn
TS. Trần Xuân Thái
Tác giả luận án
PGS.TS. Nguyễn Đức Toàn
1
Nguyễn Thành Huân
LỜI CẢM ƠN
Việc hoàn thành luận án tiến sĩ là một công trình rất lớn và có nghĩa, NCS sẽ
không thể hoàn thành luận án này nếu không có sự trợ giúp của rất nhiều người
trong thời gian qua.
Trước tiên NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành và biết ơn sâu sắc tới hai thầy
hướng dẫn TS. Trần Xuân Thái và PGS.TS. Nguyễn Đức Toàn; những người thầy
đã định hướng, giám sát, chỉ bảo, khuyến khích và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong
suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
NCS xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đến GS.TSKH. Bành Tiến Long, Ban
lãnh đạo và tập thể giảng viên Bộ môn Gia công vật liệu và dụng cụ công nghiệp những người thầy, người cô luôn quan tâm, động viên và đóng góp các ý kiến quý
báu, góp phần để có kết quả ngày hôm nay.
NCS xin cảm ơn Ban giám hiệu, Viện Đào tạo sau đại học, Viện Cơ khí
trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ trên chặng
đường nghiên cứu.
NCS xin cảm ơn sự hỗ trợ cả về tinh thần và vật chất của Ban giám hiệu,
phòng Tổ chức cán bộ, phòng Hành chính, phòng Tài chính kế toán - Trường Đại
học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp.
NCS xin cảm ơn sự hỗ trợ, giúp đỡ tạo điều kiện về thời gian và có những
góp ý, trao đổi chuyên môn của ban lãnh đạo, tập thể giảng viên khoa Cơ khí Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp.
Nhân dịp này, NCS xin cảm ơn và giành những tình cảm chân thành sâu sắc
nhất đến bố, mẹ, vợ, các con, anh chị em và bạn bè đã luôn ở bên để chia sẻ, động
viên, giúp đỡ trong những lúc gặp khó khăn.
NCS cũng xin gửi lời cảm ơn tới công ty LASINCOM, phòng thí nghiệm đo
lường bay của Viện tên lửa đã hỗ trợ rất nhiều trong quá trình làm thực nghiệm.
Tác giả
Nguyễn Thành Huân
2
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 2
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .......................................................... 9
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... 11
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................................ 12
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 15
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án ....................................................................... 15
2. Mục đích, đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu .................................... 16
2.1 Mục đích nghiên cứu .................................................................................. 16
2.2. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................ 16
2.3. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................... 16
2.4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 17
3. Phương pháp nghiên cứu................................................................................... 17
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ....................................................... 18
5. Bố cục của luận án ............................................................................................ 18
6. Những đóng góp mới của luận án ..................................................................... 19
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TIỆN VẬT LIỆU CỨNG CÓ GIA NHIỆT BẰNG
LASER...................................................................................................................... 20
1.1. Đặc điểm gia công vật liệu cứng .................................................................... 20
1.2. Vật liệu dụng cụ cắt sử dụng để gia công vật liệu cứng ................................ 21
1.3. Nghiên cứu của nước ngoài về phương pháp gia công cắt gọt có gia nhiệt
bằng laser .............................................................................................................. 22
1.3.1. Gia công vật liệu gốm sứ có gia nhiệt bằng laser ................................... 23
1.3.2. Gia công vật liệu Inconel 718 có gia nhiệt bằng laser............................ 24
1.3.3. Gia công thép hợp kim có gia nhiệt bằng laser ...................................... 27
3
1.4. Nghiên cứu trong nước về phương pháp gia công cắt gọt vật liệu cứng và sử
dụng laser để gia công vật liệu .............................................................................. 30
1.4.1. Gia công cắt gọt vật liệu cứng ................................................................ 31
1.4.2. Gia công vật liệu bằng laser ................................................................... 32
Kết luận chương 1 ................................................................................................. 32
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TIỆN VẬT LIỆU CỨNG CÓ GIA NHIỆT
BẰNG LASER ......................................................................................................... 34
2.1. Cơ sở lý thuyết của laser ................................................................................ 34
2.1.1. Bản chất của laser ................................................................................... 34
2.1.2. Cấu tạo cơ bản nguồn phát laser. ............................................................ 34
2.1.2.1. Môi chất laser .................................................................................. 34
2.1.2.2. Buồng cộng hưởng .......................................................................... 35
2.1.2.3. Nguồn nuôi ...................................................................................... 35
2.1.3. Sự tương tác của laser với vật liệu ......................................................... 35
2.1.4. Khả năng hấp thụ laser của vật liệu ........................................................ 37
2.1.4.1. Ảnh hưởng của bước sóng ............................................................... 37
2.1.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ .................................................................. 38
2.1.4.3. Ảnh hưởng của lớp ôxit bề mặt vật liệu .......................................... 38
2.1.4.4. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt ...................................................... 39
2.2. Tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser ..................................................... 40
2.2.1. Khái niệm tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser ............................. 40
2.2.2. Đặc điểm ................................................................................................. 40
2.2.3. Độ nhám bề mặt khi tiện có gia nhiệt bằng laser ................................... 41
2.2.4. Lực cắt khi tiện có gia nhiệt bằng laser .................................................. 42
2.2.5. Mài mòn dụng cụ trong tiện có gia nhiệt bằng laser .............................. 43
Kết luận chương 2 ................................................................................................. 45
4
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP, MÔ HÌNH, TRANG THIẾT BỊ, VẬT LIỆU
THỰC NGHIỆM TIỆN THÉP HỢP KIM 9XC SAU TÔI CÓ GIA NHIỆT BẰNG
LASER...................................................................................................................... 46
3.1. Những khái niệm cơ bản của thiết kế thực nghiệm [9] .................................. 46
3.1.1. Định nghĩa quy hoạch thực nghiệm........................................................ 46
3.1.2. Các bước thiết kế thực nghiệm cực trị ................................................... 46
3.1.2.1. Chọn thông số nghiên cứu ............................................................... 46
3.1.2.2. Thiết kế thực nghiệm ....................................................................... 47
3.1.2.3. Tiến hành thí nghiệm nhận thông tin............................................... 47
3.1.2.4. Xây dựng và kiểm tra mô hình thực nghiệm ................................... 47
3.1.3. Quy hoạch thực nghiệm trực giao tuyến tính ......................................... 47
3.1.4. Quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp II ................................................ 48
3.2. Xây dựng mô hình thực nghiệm..................................................................... 49
3.2.1 Sơ đồ thí nghiệm...................................................................................... 49
3.2.2. Các điều kiện đầu vào............................................................................. 50
3.2.3. Các đại lượng đầu ra ............................................................................... 51
3.2.4. Các đại lượng cố định ............................................................................. 51
3.2.5. Các đại lượng không điều khiển được (các đại lượng nhiễu) ................ 51
3.2.6. Thiết lập hệ thống thí nghiệm................................................................. 52
3.2.6.1. Phân tích hệ thống thí nghiệm ......................................................... 52
3.2.6.2. Sơ đồ hướng chùm laser vào phôi ................................................... 52
3.3. Điều kiện thực nghiệm ................................................................................... 55
3.3.1. Máy tiện T6M16 ..................................................................................... 55
3.3.2. Máy phát laser Nd:YAG ......................................................................... 55
3.3.3. Dao tiện .................................................................................................. 58
3.3.4. Phôi tiện .................................................................................................. 58
5
3.3.5. Các thiết bị đo dùng cho thực nghiệm tiện vật liệu cứng có gia nhiệt
bằng laser .......................................................................................................... 59
3.3.5.1. Thiết bị đo công suất laser ............................................................... 59
3.3.5.2. Thiết bị đo lực và thiết kế bộ gá thiết bị đo lực cắt ......................... 60
3.3.5.3. Thiết bị đo nhiệt độ.......................................................................... 61
3.3.5.4. Thiết bị đo mòn dao ......................................................................... 62
3.3.5.5. Thiết bị kiểm tra tổ chức tế vi ......................................................... 63
3.3.5.6. Thiết bị đo nhám bề mặt .................................................................. 64
3.4. Thiết kế thực nghiệm khi tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser ............. 65
3.4.1. Thiết kế thực nghiệm xác định nhiệt độ bề mặt phôi khi có gia nhiệt
bằng laser .......................................................................................................... 65
3.4.2. Thiết kế thực nghiệm xác định chiều sâu thấm nhiệt khi có gia nhiệt
bằng laser .......................................................................................................... 66
3.4.3. Thiết kế thực nghiệm xác định nhám bề mặt, lực cắt và chiều cao mòn
dao khi tiện vật liệu 9XC sau tôi có gia nhiệt bằng laser ................................. 67
Kết luận chương 3 ................................................................................................. 69
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TIỆN THÉP HỢP KIM 9XC SAU
TÔI CÓ GIA NHIỆT BẰNG LASER ...................................................................... 70
4.1. Đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình tiện vật liệu
cứng có gia nhiệt bằng laser .................................................................................. 70
4.1.1. Chọn khí bảo vệ ...................................................................................... 70
4.1.2. Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đốt nóng đến nhiệt độ bề mặt
phôi ................................................................................................................... 70
4.1.2.1. Ảnh hưởng của công suất laser đến nhiệt độ bề mặt phôi ............... 70
4.1.2.2. Ảnh hưởng của thời gian nung nóng ban đầu đến nhiệt độ bề mặt
phôi ............................................................................................................... 71
6
4.1.2.3. Ảnh hưởng của khoảng cách từ đầu laser tới bề mặt phôi đến nhiệt
độ bề mặt phôi .............................................................................................. 72
4.1.2.4. Ảnh hưởng của điểm đặt laser đến nhiệt độ bề mặt phôi ................ 73
4.1.2.5. Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển vết laser tới nhiệt độ bề mặt phôi
...................................................................................................................... 74
4.1.2.6. Ảnh hưởng của bước tiến vết laser tới nhiệt độ bề mặt phôi .......... 74
4.1.3. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đốt nóng đến chiều sâu thấm nhiệt
và độ cứng tế vi khi gia nhiệt bằng laser. ......................................................... 75
4.1.3.1. Ảnh hưởng của công suất laser đến chiều sâu thấm nhiệt ............... 76
4.1.3.2. Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển vết laser đến chiều sâu thấm
nhiệt .............................................................................................................. 77
4.1.3.3. Ảnh hưởng của bước tiến vết laser đến chiều sâu thấm nhiệt ......... 79
4.1.4. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ cắt đến độ cứng bề mặt, chiều
sâu thấm nhiệt và độ cứng tế vi của chi tiết sau khi tiện có gia nhiệt bằng laser
.......................................................................................................................... 81
4.1.4.1. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ cứng bề mặt, chiều sâu thấm
nhiệt và độ cứng tế vi ................................................................................... 82
4.1.4.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chiều sâu thấm nhiệt và độ cứng tế vi.
...................................................................................................................... 84
4.1.4.3. Ảnh hưởng của lượng tiến dao đến chiều sâu thấm nhiệt và độ cứng
tế vi. .............................................................................................................. 85
4.2. Nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm nhiệt độ bề mặt phôi và chiều sâu
thấm nhiệt phôi thép 9XC sau tôi được gia nhiệt bằng laser khi chưa tiện .......... 86
4.2.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm ảnh hưởng của một số thông số công
nghệ đến nhiệt độ bề mặt phôi thép 9XC sau tôi được gia nhiệt bằng laser .... 86
4.2.2. Xây dựng mô hình thực nghiệm ảnh hưởng của một số thông số công
nghệ đến chiều sâu thấm nhiệt phôi thép 9XC sau tôi được gia nhiệt bằng laser
.......................................................................................................................... 89
7
4.3. Xây dựng mô hình thực nghiệm nhám bề mặt, lực cắt và mòn dao khi tiện vật
liệu 9XC sau tôi có gia nhiệt bằng laser................................................................ 90
4.3.1. Mô hình thực nghiệm nhám bề mặt ........................................................ 90
4.3.2. Mô hình thực nghiệm lực cắt.................................................................. 92
4.3.2.1. Mô hình thực nghiệm lực cắt Fx ...................................................... 92
4.3.2.2. Mô hình lực thực nghiệm lực cắt Fy ................................................ 94
4.3.2.3. Mô hình lực cắt Fz ........................................................................... 96
4.3.2.4. Mô hình lực cắt tổng hợp F ............................................................. 98
4.3.3. Mô hình thực nghiệm mòn dao. ........................................................... 100
4.4. Tối ưu hoá các thông số công nghệ khi tiện thép 9XC sau tôi có gia nhiệt
bằng laser ............................................................................................................ 102
4.4.1. Chỉ tiêu tối ưu và hàm mục tiêu ........................................................... 102
4.4.2. Phương pháp giải bài toán tối ưu.......................................................... 105
Kết luận chương 4 ............................................................................................... 107
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO....................................... 109
Kết luận: .............................................................................................................. 109
Hướng nghiên cứu tiếp theo: ............................................................................... 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 111
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ........................ 116
PHỤ LỤC I: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT
PHÔI VÀ CHIỀU SÂU THẤM NHIỆT KHI NUNG NÓNG THÉP 9XC SAU TÔI
BẰNG LASER ....................................................................................................... 117
PHỤ LỤC II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM NHÁM BỀ MẶT, LỰC
CẮT VÀ MÒN DAO KHI TIỆN VẬT LIỆU 9XC SAU TÔI CÓ GIA NHIỆT
BẰNG LASER ....................................................................................................... 128
PHỤ LỤC III. HÌNH ẢNH KẾT QUẢ ĐO LỰC CẮT ......................................... 139
8
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Đơn vị
Laser
Ý nghĩa
Tiếng Anh: Light Amplification by Stimulated Emisson
of Radiation
Tiếng Việt: Khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích
thích
Nd:YAG
Neodymium - Ytrium Aluminium Garnet
LAM
Tiếng Anh: Laser Assisted Machining
Tiếng Việt: Gia công có gia nhiệt laser
CM
Tiếng Anh: Conventional Machining
Tiếng Việt: Gia công thông thường
SEM
Tiếng Anh: Scanning Electron Microscope
Tiếng Việt: Kính hiển vi điện tử quét
CT
o
C
Tiếng Anh: Cutting temperature
Tiếng Việt: Nhiệt độ cắt
CF
N
Tiếng Anh: Cutting force
Tiếng Việt: Lực cắt
TL
ph
Tiếng Anh: Tool life
Tiếng Việt: Tuổi bền dụng cụ
QHTN
Quy hoạch thực nghiệm
v
m/ph
Vận tốc cắt
t
mm
Chiều sâu cắt
s
mm/vg
Lượng tiến dao
P
W
Công suất laser
c
J/kg.OC
RT
-
Kx, ky, kz
W/m.OC
-
Hệ số ma sát
hs
mm
Mòn mặt sau
Ra
µm
Nhám bề mặt chi tiết
Nhiệt dung riêng của vật liệu gia công
Hệ số phân phối nhiệt
Hệ số dẫn nhiệt theo ba phương x, y và z
9
o
h
mm
Góc giữa đầu laser và mũi dao
Khoảng cách từ đầu laser tới bề mặt phôi
C
Nhiệt độ bề mặt phôi
tth
mm
Chiều sâu thấm nhiệt
I
A
Cường độ laser
w
ms
Độ rộng xung laser
f
Hz
Tần số laser
µm
Bước sóng laser
tT
s
Thời gian nung nóng ban đầu
n
vg/ph
Tốc độ vòng quay trục chính
D
mm
Đường kính phôi
l
mm
Chiều dài chi tiết
L
mm
Chiều dài cắt
R
%
Hệ số phản xạ
A
%
Hệ số hấp thụ
o
Góc sau
o
Góc trước
o
Góc biến dạng
TBM
o
Hiệu suất
Ncg
Công suất cắt gọt
Nci
Công suất hữu ích của máy
Nđc
Công suất của động cơ
Ncd
Công suất chạy dao dọc
Ncn
Công suất chạy dao ngang
Fx
N
Lực chạy dao
Fy
N
Lực hướng kính
Fz
N
Lực cắt chính
F
N
Lực cắt tổng hợp
10
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1 thông số kỹ thuật máy phát laser Nd:YAG 350
57
Bảng 3.2. Thông số hình học mảnh dao DCMT11T304VP15TF
59
Bảng 3.3 Thành phần hoá học (%) của thép 9XC
59
Bảng 3.4 Các đặc tính của thép 9XC [12]
60
Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật thiết bị đo công suất laser FieldMaster
61
Bảng 3.6 Thông số thiết bị đo lực cắt FUTEK
61
Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật máy đo nhiệt độ IR-AHS
63
Bảng 3.8 Giá trị biến thiên trong miền thực nghiệm xác định nhiệt độ bề mặt phôi
66
Bảng 3.9 Các thông số đầu vào xác định nhiệt độ bề mặt khi gia nhiệt bằng laser
67
Bảng 3.10 Giá trị biến thiên trong miền thực nghiệm xác định chiều sâu thấm nhiệt
67
Bảng 3.11 Các thông số đầu vào xác định chiều sâu thấm nhiệt khi gia nhiệt bằng
laser
68
Bảng 3.12 Giá trị biến thiên trong miền thực nghiệm
69
Bảng 3.13 Các thông số đầu vào khi tiện vật liệu 9XC sau tôi gia nhiệt bằng lase
70
Bảng 4.1 Ảnh hưởng điểm đặt laser đến nhiệt độ bề mặt phôi tại vị trí sẽ đặt mũi
dao
74
Bảng 4.2 Ảnh hưởng của lượng tiến dao đến độ cứng tế vi
87
Bảng 4.3 Giá trị nhiệt độ bề mặt tại các điểm thí nghiệm theo quy hoạch
87
Bảng 4.4 Giá trị chiều sâu thấm nhiệt tại các điểm thí nghiệm theo quy hoạch
90
Bảng 4.5 Giá trị nhám bề mặt tại các điểm thí nghiệm theo quy hoạch
91
Bảng 4.6 Giá trị lực cắt Fx tại các điểm thí nghiệm theo quy hoạch
93
Bảng 4.7 Giá trị lực cắt Fy tại các điểm thí nghiệm theo quy hoạch
95
Bảng 4.8 Giá trị lực cắt Fz tại các điểm thí nghiệm theo quy hoạch
97
Bảng 4.9 Giá trị lực cắt F tại các điểm thí nghiệm theo quy hoạch
99
Bảng 4.10 Giá trị mòn dao tại các điểm thí nghiệm theo quy hoạch
101
11
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Lực cắt phụ thuộc vào nhiệt độ cắt [52]
23
Hình 1.2 Lực cắt và giá trị của lực cắt thay đổi phụ thuộc vào công suất laser [46]
24
Hình 1.3 Sự hấp thụ các bước sóng laser khác nhau khi tương tác với Inconel 718
[13]
25
Hình 1.4 Năng lượng cắt và độ nhám bề mặt thay đổi theo nhiệt độ cắt [13]
26
Hình 1.5 Độ mài mòn dao phụ thuộc vào nhiệt độ cắt [13]
26
Hình 1.6 So sánh chi phí gia công truyền thống với LAM khi gia công vật liệu Inconel
718[13]
27
Hình 1.7 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến nhiệt độ cắt với công suất laser khác nhau [44]
28
Hình 1.8 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực cắt tổng hợp với công suất laser khác nhau
[44]
29
Hình 1.9 So sánh giữa LAM và CM về tuổi bền, lực cắt và nhiệt độ cắt [44]
29
Hình 1.10 Ảnh hưởng của công suất laser đến nhiệt độ cắt, lực cắt và tuổi bền dụng cụ
cắt [44]
30
Hình 2.1 Cấu tạo nguồn phát laser cơ bản [30]
34
Hình 2.2 Sự tương tác giữa laser và vật liệu [56]
36
Hình 2.3 Các vectơ điện trường và từ trường của bức xạ điện từ[56]
36
Hình 2.4 Ảnh hưởng của mật độ công suất laser đến sự hấp thụ của vật liệu[56]
37
Hình 2.5 Hệ số phản xạ của một số kim loại phụ thuộc vào bước sóng laser[56]
38
Hình 2.6 Hệ số phản xạ phụ thuộc vào nhiệt độ phôi (bước sóng laser 1,06 μm) [33]
38
Hình 2.7 Chùm tia laser chiếu lên bề mặt vật liệu có lớp ôxit [33]
39
Hình 2.8 Hệ số hấp thụ phụ thuộc vào độ dày của màng oxit trên thép đối với bức xạ
1,06 μm[41]
39
Hình 2.9 Sự hấp thụ của vật liệu phụ thuộc vào độ nhám bề mặt phôi
39
Hình 2.10 a) Tiện có gia nhiệt bằng laser [15]
b) Khu vực ảnh hưởng nhiệt được tạo ra gần chùm laser. [25]
41
Hình 2.11 Ảnh hưởng của nhiệt độ cắt đến năng lượng cắt và độ nhám bề mặt [19].
42
Hình 2.12 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến lực cắt [20]
43
Hình 2.13 Tốc độ mài mòn dụng cụ cắt giữa gia công truyền thống và LAM [20]
44
Hình 3.1 Các thông số đầu vào và đầu ra khi thực nghiệm tiện vật liệu cứng có gia
nhiệt bằng laser
50
Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm gia công vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser
52
Hình 3.3 Phương án 1 - Gá lắp gương lên bàn xe dao
53
Hình 3.4 Phương án 2 – Hướng chùm tia laser vào phôi bằng sợi quang
53
Hình 3.5 Cấu tạo giá đỡ đầu phát laser
54
12
Hình 3.6 Sơ đồ giá đỡ đầu phát laser
54
Hình 3.7 Máy tiện T6M16
55
Hình 3.8 Thiết bị làm mát buồng cộng hưởng và đầu laser
57
Hình 3.9 Bộ nguồn điều khiển bơm kích thích và chai khí bảo vệ thấu kính đầu laser
57
Hình 3.10 Buồng cộng hưởng và đầu laser
57
Hình 3.11 Thân dao SDJCR 2020K11 (với L=125mm, L1=a=b=20mm)
58
Hình 3.12 Thông số hình học mảnh dao DCMT11T304VP15TF
58
Hình 3.13 Phôi thép 9XC
59
Hình 3.14 Thiết bị đo công suất laser FieldMaster
59
Hình 3.15 Bộ gá thiết bị đo lực cắt
61
Hình 3.16 Hệ thống đo lực cắt
61
Hình 3.17 Thiết bị đo nhiệt IR-AHS
61
Hình 3.18 Thiết bị đo mòn dao Mitutoyo MF Series 176-Measuring Microscopes
62
Hình 3.19 Thiết bị kiểm tra tổ chức tế vi Axio Observer D1M
63
Hình 3.20 Thiết bị đo độ nhám bề mặt
64
Hình 3.21 Thí nghiệm tiện có gia nhiệt bằng laser
64
Hình 4.1 a) Dùng khí bảo vệ Ar b) Dùng khí bảo vệ O2
70
Hình 4.2 Ảnh hưởng công suất laser đến nhiệt độ bề mặt phôi
71
Hình 4.3 Tổ chức tế vi vật liệu sau khi gia nhiệt bằng laser (P= 255W)
71
Bảng 4.4 Ảnh hưởng của thời gian nung nóng ban đầu đến nhiệt độ bề mặt phôi
72
Hình 4.5 Ảnh hưởng của khoảng cách từ đầu laser đến bề mặt phôi
72
Hình 4.6 Vị trí đặt điểm laser lên bề mặt phôi
73
Hình 4.7 Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển vết laser tới nhiệt độ bề mặt phôi
74
Hình 4.8 Ảnh hưởng của bước tiến vết laser đến nhiệt độ bề mặt phôi
74
Hình 4.9 Cấu trúc lớp bề mặt phôi sau gia nhiệt bằng laser
75
Hình 4.10 Ảnh hưởng của công suất laser đến chiều sâu thấm nhiệt
76
Hình 4.11 Ảnh hưởng của công suất laser đến chiều sâu thấm nhiệt
77
Hình 4.12 Ảnh hưởng của công suất laser đến độ cứng tế vi
77
Hình 4.13 Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển vết laser đến chiều sâu thấm nhiệt khi
chưa cắt
78
Hình 4.14 Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển vết laser tới chiều sâu thấm nhiệt
79
Hình 4.15 Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển vết laser đến độ cứng tế vi khi chưa cắt
79
Hình 4.16 Ảnh hưởng của bước tiến vết laser đến chiều sâu thấm nhiệt khi chưa cắt
80
Hình 4.17 Ảnh hưởng của bước tiến vết laser đến chiều sâu thấm nhiệt
80
Hình 4.18 Ảnh hưởng của bước tiến vết laser đến độ cứng tế vi khi chưa cắt
81
Hình 4.19 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới độ cứng bề mặt
82
13
Hình 4.20 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chiều sâu thấm nhiệt sau gia công tiện (t
= 0,15mm)
82
Hình 4.21 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ cứng tế vi sau gia công tiện
83
Hình 4.22 Ảnh của tốc độ cắt đến độ cứng bề mặt
84
Hình 4.23 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chiều sâu thấm nhiệt sau khi tiện
84
Hình 4.24 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến độ cứng tế vi sau khi tiện
85
Hình 4.25 Đồ thị nhiệt độ bề mặt phôi phụ thuộc vào công suất laser và lượng tiến vết
laser.
87
Hình 4.26 Đồ thị nhiệt độ bề mặt phôi phụ thuộc vào công suất laser và tốc độ vết
laser
88
Hình 4.27 Đồ thị nhiệt độ bề mặt phôi phụ thuộc vào tốc độ vết laser và lượng tiến vết
laser.
88
Hình 4.28 Chiều sâu thấm nhiệt phụ thuộc thông số công suất laser và tốc độ cắt
89
Hình 4.29 Ảnh hưởng của công suất laser và lượng tiến dao đến độ nhám bề mặt
91
Hình 4.30 Ảnh hưởng của công suất laser và tốc độ cắt đến độ nhám bề mặt
91
Hình 4.31 Ảnh hưởng của tốc độ cắt và lượng tiến dao đến độ nhám bề mặt
91
Hình 4.32 Ảnh hưởng của công suất laser và lượng tiến dao đến lực cắt Fx
93
Hình 4.33 Ảnh hưởng của công suất laser và tốc độ cắt đến lực cắt Fx
93
Hình 4.34 Ảnh hưởng của tốc độ cắt và lượng tiến dao đến lực cắt Fx
93
Hình 4.35 Ảnh hưởng của công suất laser và lượng tiến dao đến lực cắt Fy
95
Hình 4.36 Ảnh hưởng của công suất laser và tốc độ cắt đến lực cắt Fy
95
Hình 4.37 Ảnh hưởng của tốc độ cắt và lượng tiến dao đến lực cắt Fy
95
Hình 4.38 Ảnh hưởng của công suất laser và lượng tiến dao đến lực cắt Fz
97
Hình 4.39 Ảnh hưởng của công suất laser và tốc độ cắt đến lực cắt Fz
97
Hình 4.40 Ảnh hưởng của lượng tiến dao và tốc độ cắt đến lực cắt Fz
97
Hình 4.41 Ảnh hưởng của lượng tiến dao và công suất laser đến lực cắt F
98
Hình 4.42 Ảnh hưởng của công suất laser và tốc độ cắt đến lực cắt F
99
Hình 4.43 Ảnh hưởng của lượng tiến dao và tốc độ cắt đến lực cắt F
99
Hình 4.44 Ảnh hưởng của công suất laser và lượng tiến dao đến chiều cao mòn dao
100
Hình 4.45 Ảnh hưởng của công suất laser và vận tốc cắt đến chiều cao mòn dao
101
Hình 4.46 Ảnh hưởng của lượng tiến dao và vận tốc cắt đến chiều cao mòn dao
101
Hình 4.47 Giải bài toán tối ưu trên phần mềm MATLAB
106
Hình 4.48 Lịch sử câu lệnh và các phép toán trên phần mềm MATLAB
106
14
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Vật liệu cứng là những vật liệu có độ cứng lớn hơn 45HRC, vật liệu cứng có
đặc điểm chống mài mòn tốt, cơ tính ít thay đổi khi làm việc ở nhiệt độ cao [4]. Do
đó vật liệu cứng ngày càng được sử dụng phổ biến để làm các chi tiết trong ngành
khuôn mẫu, các chi tiết trong động cơ đốt trong của ô tô, xe máy, hàng không, vũ
trụ,…
Chế tạo những chi tiết làm bằng vật liệu cứng, thông thường sử dụng phương
pháp mài. Phương pháp mài cho chất lượng bề mặt tốt; tuy nhiên khối lượng cắt bỏ
vật liệu thấp, thiếu linh hoạt trong chế tạo các chi tiết có hình dáng phức tạp, quá
trình mài tốn kém, không hiệu quả và gây ô nhiễm môi trường. Mặt khác vật liệu
lớp bề mặt chi tiết sau khi mài chịu ứng suất kéo làm giảm độ bền mỏi của chi tiết.
Cùng với sự ra đời và phát triển không ngừng của các loại dụng cụ cắt siêu cứng
(kim cương, nitrit bo lập phương đa tinh thể, nitrit bo lập phương), công nghệ tiện
vật liệu cứng sử dụng các dụng cụ này cũng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi
với các ưu điểm nổi bật như quá trình gia công linh hoạt, ít tác động đến môi trường
do ít phải dùng dung dịch trơn nguội. Bên cạnh những ưu điểm, tiện vật liệu cứng
cũng còn có nhược điểm là dụng cụ cắt bị mài mòn nhiều, vật liệu của dụng cụ cắt
có độ giòn cao, độ dai va đập thấp nên đòi hỏi hệ thống công nghệ có độ cứng vững
và độ chính xác cao, chi phí dụng cụ cắt đắt, năng suất gia công thấp, giá thành sản
phẩm cao.
Một trong những giải pháp để khắc phục các khó khăn khi gia công tiện vật
liệu cứng ở trên là nung nóng phôi trong quá trình gia công. Bởi vì khi vật liệu phôi
được nung nóng sẽ mềm hoá, tạo điều kiện cho quá trình cắt được dễ dàng hơn. Có
nhiều phương pháp nung nóng phôi trong khi gia công tiện như: dùng ngọn lửa khí
O2+C2H2, dùng ngọn lửa plasma, dùng dòng điện cao tần, dùng tia laser (Light
Amplification by Stimulated Emisson of Radiation) .... Trong các phương pháp
nung nóng kể trên thì gia nhiệt bằng laser có các ưu điểm như công suất nguồn nhiệt
lớn, nguồn nhiệt tập trung cho vùng cắt, tốc độ nung nóng nhanh, nung nóng được
những vị trí phức tạp, ở vị trí khó tiếp cận và có khả năng nung nóng cho nhiều vật
liệu khác nhau.
15
Tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser đã và đang được nghiên cứu, ứng
dụng khá phổ biến trên thế giới nhằm nâng cao chất lượng bề mặt gia công, tuổi bền
dụng cụ cắt cũng như năng suất cắt gọt. Tuy nhiên, các kết quả công bố cho thấy
việc nghiên cứu vẫn chưa được đầy đủ, còn nhiều khía cạnh để tiếp tục cần phải
nghiên cứu.
Ở trong nước, tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser cho đến nay chưa
thấy có công trình nghiên cứu nào được công bố. Các vật liệu có độ bền và độ cứng
cao ngày càng được sử dụng phổ biến trong ngành chế tạo cơ khí, cùng với sự ra
đời, phát triển mạnh mẽ và có nhiều ưu điểm của công nghệ laser, nên công nghệ
tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser đang thu hút được sự quan tâm đặc biệt. Vì
vậy, việc nghiên cứu bản chất, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề
mặt, lực cắt, mòn dao nhằm tìm ra biện pháp nâng cao hiệu quả quá trình cũng như
cải tiến công nghệ chế tạo và gia công sẽ mở rộng tiềm năng ứng dụng của công
nghệ tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser ở Việt nam là cần thiết và cấp bách.
2. Mục đích, đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu
2.1 Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu đặc tính gia công tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser và áp
dụng vào để gia công tiện vật liệu 9XC sau tôi có gia nhiệt bằng laser.
Xây dựng các mô hình thực nghiệm: nhiệt độ bề mặt phôi, chiều sâu thấm
nhiệt, nhám bề mặt, lực cắt và độ mài mòn mặt sau dụng cụ cắt.
Tối ưu hóa các thông số công nghệ như công suất laser, tốc độ cắt, lượng tiến
dao, … nhằm đạt được độ nhám bề mặt nhỏ nhất.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Là các chi tiết được gia công trên máy tiện T6M16 có gia nhiệt bằng laser
Nd:YAG.
2.3. Phạm vi nghiên cứu
Luận án giới hạn phạm vi nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công suất
laser, tốc độ di chuyển đầu laser, lượng chạy dọc của đầu laser đến nhiệt độ bề mặt
phôi và chiều sâu thấm nhiệt khi gia nhiệt bằng laser chưa cắt gọt. Nghiên cứu ảnh
hưởng của các thông số công suất laser, tốc độ cắt, lượng tiến dao đến độ nhám bề
mặt, các lực cắt thành phần, lực cắt tổng hợp và độ mòn dao khi tiện vật liệu 9XC
16
sau tôi đạt độ cứng 62HRC có gia nhiệt bằng laser Nd:YAG. Nghiên cứu chọn được
các thông số công nghệ hợp lý để đạt được độ nhám bề mặt sau gia công nhỏ nhất.
Các thông số laser và thông số chế độ cắt được chọn theo khả năng công nghệ của
thiết bị hiện có trong phòng thí nghiệm.
2.4. Nội dung nghiên cứu
Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến
nhiệt độ bề mặt phôi, chiều sâu thấm nhiệt khi nung nóng phôi bằng laser và nghiên
cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt, lực cắt, mòn dao
khi tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser.
Xây dựng mô hình thực nghiệm mô tả quan hệ giữa các thông số công suất
laser, tốc độ di chuyền đầu laser, lượng tiến dao đến nhiệt độ bề mặt phôi và chiều
sâu thấm nhiệt.
Xây dựng mô hình thực nghiệm mô tả quan hệ giữa các thông số đầu vào:
công suất laser, tốc độ cắt, lượng tiến dao đến độ nhám bề mặt, lực cắt và mài mòn
dụng cụ cắt khi tiện vật liệu 9XC sau tôi có gia nhiệt bằng laser, trên máy tiện vạn
năng T6M16.
Xác đ
Ra
0,016
0,564
0,112
0,429
1
1
1
1
1
1
1
1
5,598 5,799 5,598 5,799 5,598 5,799 5,598 5,799
XT
3.219 3.219 4.605 4.605 3.219 3.219 4.605 4.605
2,813 2,813 2,813 2,813 1,715 1,715 1,715 1,715
Ứng dụng phần mềm Matlab để giải phương trình : [B]=[M]-1*XT*Ra
15,648
2,76
-1
[B] = [M] * XT * Ra
0,094
0,298
Các hệ số b được kiểm tra theo công thức (11.12[2]):
129
s y2
s
N
2
b
sb
hay
Mà
S y2
Do đó:
sb
s y2
N
1
2,9 8,3 3,5.105 4,9.105
3
4,9.105
2,475.103
8
Tra bảng phụ lục 15[2] ta có: t= 3,5 với xác suất tin cậy là P=0,99, do đó:
sb.t=2,475.10-3.3,5=8,662. 10-3
bn0=15,648> sb.t
bn1=2,760> sb.t
bn2=0,094> sb.t
bn3=0,298> sb.t
Vậy các hệ số b đều có nghĩa và phương trình hồi quy nhám bề mặt có dạng:
Ra 6,239.106 * P2,760 *v0,094 * s0,298, (m)
(II.5)
Để xác định xem phương trình hồi quy trên có nghĩa hay không cần so sánh
các giá trị Ra thực nghiệm và Ra theo công thức trên:
Bảng II.3 Giá trị độ nhám bề mặt tính theo mô hình thực nghiệm
eb n0
P
bn1
v
bn2
s
bn3
6239000
270
-2,76
25
0,094
0,06
0,298
0,711
6239000
330
-2,76
25
0,094
0,06
0,298
0,409
6239000
270
-2,76
100
0,094
0,06
0,298
0,810
6239000
330
-2,76
100
0,094
0,06
0,298
0,465
6239000
270
-2,76
25
0,094
0,18
0,298
0,986
6239000
330
-2,76
25
0,094
0,18
0,298
0,567
6239000
270
-2,76
100
0,094
0,18
0,298
1,124
6239000
330
-2,76
100
0,094
0,18
0,298
0,646
130
RaTT
1 8
s
( RaTN RaTT ) 2 15,025.105
N K i1
2
ag
N=8 số lượng thí nghiệm
K=4 số hệ số của phương trình hồi quy
2
sag
15,025.105
Fb 2
3,066
sy
4,9.105
Tra bảng phụ lục 21[2], với độ tin cậy P=99 ta có FT=27,7.
Fb FT
Vậy phương trình hồi quy ý nghĩa thống kê.
II.3. Xây dựng mô hình toán học biểu thị mối quan hệ giữa lực cắt
và các thông số vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt.
Thực hiện tương tự như phần II.2 ta có:
II.3.1. Mô hình lực cắt Fx
a. Kiểm tra tính đồng nhất của các thí nghiệm
Bảng II.4 Các thí nghiệm để kiểm tra tính đồng nhất của thí nghiệm
TT
P
v
s
FxTB
lnFx1
lnFx2
lnFx3
lnFxTB
Si2
1
270
25
0,06
87,5
4,464
4,476
4,475
4,472
0,89.10-4
2
300
62,5
0,12
93,6
4,525
4,560
4,535
4,540
6,5. 10-4
3
330
100
0,06
67,4
4,197
4,217
4,219
4,211
2,96.10-4
Để kiểm tra tính đồng nhất ta xác định tỷ số sau:
Gp
max si2
i
s
i 1
2
i
6,5.104
0,628
0,89 6,5 2,96.104
Số thí nghiệm N=3, bậc tự do m=k-1=3-1=2. Tra bảng phụ lục 22[2] ta có
GT=0,883 với xác suất tin cập P=0,99. Vậy GP
b. Xây dựng mô hình toán học lực cắt Fx mặt bằng QHTN trực giao[9]:
131
Mô hình lực cắt Fx được viết
Fx bx0 .Pbx1 .v bx 2 .s bx3
Bảng II.5 Ma trận quy hoạch thực nghiệm
TT
P
1
270
2
330
3
270
4
330
5
270
6
330
7
270
8
330
Ứng dụng
Các yếu tố ảnh hưởng
v
s
lnP
lnv
25
0,06
5,598
3,219
25
0,06
5,799
3,219
100
0,06
5,598
4,605
100
0,06
5,799
4,605
25
0,18
5,598
3,219
25
0,18
5,799
3,219
100
0,18
5,598
4,605
100
0,18
5,799
4,605
phần mềm Matlab để giải phương
Fx
lnFx
lns
-2,813
87,5 4,472
-2,813
71,7 4,272
-2,813
85,2 4,445
-2,813
67,4 4,211
-1,715 126,5 4,840
-1,715 102,1 4,626
-1,715 118,3 4,773
-1,715
89,4 4,493
trình [B]=[M]1*XT*Fx để xác
định các hệ số b:
11,984
1,154
[B] = [M]- * XT * Fx
0,052
0,303
Các hệ số b đều có nghĩa và mô hình thực nghiệm lực cắt Fx có dạng:
Fx 159,98.103 * P1,154 * v0,052 * s0,303
(II.6)
So sánh các giá trị Fx thực nghiệm và Fx theo công thức trên:
Fb FT
Vậy mô hình thực nghiệm lực cắt Fx có nghĩa thống kê.
II.3.2. Mô hình thực nghiệm lực cắt Fy
a. Kiểm tra tính đồng nhất của các thí nghiệm
Bảng II.6 Các thí nghiệm để kiểm tra tính đồng nhất
TT
1
2
3
P
v
s
FyTB lnFy1 lnFy2 lnFy3
270
25
0,06 112,4 4,717 4,720 4,729
300
62,5
0,12 108,5 4,683 4,685 4,695
330
100
0,06
79,8 4,372 4,386 4,381
Để kiểm tra tính đồng nhất ta xác định tỷ số sau:
132
lnFyTB
4,722
4,687
4,380
Si2
7,8.10-5
5,6. 10-5
10,1.10-5
Gp
max si2
i
s
i 1
2
i
10,1.105
0,430
7,8 5,6 10,1.105
Số thí nghiệm N=3, bậc tự do m=k-1=3-1=2. Tra bảng phụ lục 22[2] ta có
GT=0,883 với xác suất tin cập P=0,99. Vậy GP
b. Xây dựng mô hình thực nghiệm lực cắt Fy mặt bằng QHTN trực giao
Mô hình lực cắt Fy được viết
Fy by0 .P y1 .v y 2 .s
b
b
by 3
Bảng II.7 Ma trận quy hoạch thực nghiệm
TT
Các yếu tố ảnh hưởng
Fy
lnFy
-2,813
112,4
4,722
3,219
-2,813
94,2
4,545
5,598
4,605
-2,813
102,5
4,630
0,06
5,799
4,605
-2,813
79,8
4,380
25
0,18
5,598
3,219
-1,715
140,5
4,945
330
25
0,18
5,799
3,219
-1,715
120,3
4,790
7
270
100
0,18
5,598
4,605
-1,715
132,8
4,889
8
330
100
0,18
5,799 4,605 -1,715
Các hệ số b là nghiệm của hệ phương trình
106,5
4,668
P
v
s
lnP
lnv
lns
1
270
25
0,06
5,598
3,219
2
330
25
0,06
5,799
3
270
100
0,06
4
330
100
5
270
6
[B]=[M]-1*XT*Fy
Ứng dụng phần mềm Matlab để giải ta được :
11,218
0,998
[B] = [M]-1 * XT * Fx
0,078
0,231
Các hệ số b được kiểm tra và đều có nghĩa, do đó mô hình thực nghiệm lực cắt Fy
có dạng:
133
Fy 74,350.103 * P 0,998 * v 0,078 * s 0,231
(II.7)
So sánh các giá trị Fy thực nghiệm và Fy theo công thức (II.7) trên:
Fb FT
Vậy mô hình thực nghiệm lực cắt Fy có ý nghĩa thống kê.
II.2.3. Mô hình lực cắt Fz
a. Kiểm tra tính đồng nhất của các thí nghiệm
Bảng II.8 Các thí nghiệm để kiểm tra tính đồng nhất của thí nghiệm
TT
P
v
s
FzTB
lnFz1
lnFz2
lnFz3
lnFzTB
Si2
1
270
25
0,06
201,7
5,309
5,297
5,314
5,307
15,3.10-5
2
300
62,5
0,12
204,7
5,314
5,326
5,324
5,322
8,4. 10-5
3
330
100
0,06
149,8
5,000
5,017
5,010
5,009
14,6.10-5
Để kiểm tra tính đồng nhất ta xác định tỷ số sau:
Gp
max si2
i
s
i 1
2
i
15,3.105
0,399
15,3 8,4 14,6.105
Số thí nghiệm N=3, bậc tự do m=k-1=3-1=2. Tra bảng phụ lục 22[2] ta có
GT=0,883 với xác suất tin cập P=0,99. Vậy GP
b. Xây dựng mô hình toán học lực cắt Fz bằng QHTN trực giao
Mô hình lực cắt Fz được viết
Fz bz 0.Pbz1 .vbz 2 .sbz 3
Bảng II.9 Ma trận quy hoạch thực nghiệm
Các yếu tố ảnh hưởng
P
v
s
lnP
lnv
1
270
25
0,06 5,598 3,219
2
330
25
0,06 5,799 3,219
3
270
100 0,06 5,598 4,605
4
330
100 0,06 5,799 4,605
5
270
25
0,18 5,598 3,219
6
330
25
0,18 5,799 3,219
7
270
100 0,18 5,598 4,605
8
330
100 0,18 5,799 4,605
Các hệ số b là nghiệm của hệ phương trình
TT
134
lns
-2,813
-2,813
-2,813
-2,813
-1,715
-1,715
-1,715
-1,715
Fz
201,7
165,8
179,2
149,8
245,9
219,5
241,3
206,5
lnFz
5,307
5,111
5,189
5,009
5,505
5,391
5,486
5,330
[B]=[M]-1*XT*Fz
Ứng dụng phần mềm Matlab để giải phương trình ta được :
10,646
0,804
[B] = [M]-1 * XT * Fz
0,054
0,249
Các hệ số b được kiểm tra và các hệ số b đều có nghĩa, do đó mô hình thực
nghiệm lực cắt Fz có dạng:
(II.8)
Fz 41,990.103 * P 0,804 * v 0,054 * s 0,249
So sánh các giá trị Fz thực nghiệm và Fz theo công thức (II.8) trên:
Fb FT
Vậy mô hình thực nghiệm lực cắt Fz (II.8) có ý nghĩa thống kê.
II.2.4. Mô hình lực cắt tổng hợp F
a. Kiểm tra tính đồng nhất của các thí nghiệm
Bảng II.10 Các thí nghiệm để kiểm tra tính đồng nhất của thí nghiệm
TT
P
v
s
FTB
lnF1
lnF2
lnF3
lnFTB
1
270
25
0,06
246,8
5,508
5,502
5,515
5,508
8,5.10-5
2
300
62,5
0,12
249,9
5,513
5,527
5,523
5,521
10,4.10-5
3
330 100 0,06 182,5 5,197 5,214 5,209
Để kiểm tra tính đồng nhất ta xác định tỷ số sau:
5,207
15,3.10-5
Gp
max si2
i
s
i 1
2
i
15,3.105
0,447
(8,5 10,4 15,3).105
Số thí nghiệm N=3, bậc tự do m=k-1=3-1=2. Tra bảng phụ lục 22[2] ta có
GT=0,883 với xác suất tin cập P=0,99. Vậy GP
b. Xây dựng mô hình toán học lực cắt F bằng QHTN trực giao
135
