BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

PHẠM VĂN MINH

NGHIÊN CỨU MƠ PHỎNG VÀ TỐI ƯU HĨA
THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ TRONG GIA CƠNG
TINH BỀ MẶT CẦU BẰNG DUNG DỊCH MÀI
PHI NEWTON

Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã ngành: 8520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Cơng nghiệp TP. Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Đức Nam
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại H i đồng ch

ảo vệ

ận văn thạc sĩ Trường Đại

học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh ngày 17 tháng 12 nă

2022

Thành phần H i đồng đánh giá l ận văn thạc sĩ gồm:
1. TS.Đường Công Tr yền .................................. - Chủ tịch H i đồng

2. TS.Đặng Hoàng Minh ..................................... - Phản biện 1
3. TS.Nguyễn Hữu Thọ ....................................... - Phản biện 2
4. TS.Đào Thanh Phong ...................................... - Ủy viên
5. TS.Ao Hùng inh ............................................ - Thư ký
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Phạ
Ngày, tháng, nă

văn Minh

MSHV: 19630551

sinh: 08-03-1976

Nơi sinh: Tây Ninh


Ch yên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã ch yên ngành: 8520103

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứ

ô phỏng và tối ư hố thơng số cơng nghệ trong gia cơng tinh ề mặt

cầu bằng dung dịch

ài phi Newton (Si

lation and opti ization st dy on polishing

of spherical steel by non-Newtonian fluids).
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Nghiên cứu tổng quan về các công nghệ gia công tinh, công nghệ gia công tinh
bằng dung dịch

ài phi Newton.

- Xác định các thông số công nghệ chính và

ơ phỏng ảnh hưởng của các thơng số

cơng nghệ đến áp s t phân ố trên ề mặt chi tiết trong q á trình
dịch


ài tinh ằng dung

ài phi Newton.

- Phân tích, tối ư hóa các thơng số cơng nghệ để đạt được áp s t tốt nh t.
- Thực nghiệm kiểm chứng các thông số tối ư .
- Phân tích, đánh giá và nhận xét các kết quả đạt được.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 24/03/2022
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 11/11/2022 (24/9/2022 + 46 ngày)
IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.Nguyễn Đức Nam
TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA


LỜI CẢM ƠN
Trong q á trình học tập tại Khoa Cơng nghệ Cơ khí, Trường Đại học Cơng nghiệp
Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn tận tình của Q ý thầy cô đã c ng c p
cho tôi những kiến thức và kỹ năng vô cùng q ý giá, giúp tơi củng cố thê
ch n

ơn của

ình. Tơi chân thành cả

kiến thức


ơn q ý thầy cô Trường Đại học Cơng

nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là q ý thầy cơ th

c Khoa Cơng nghệ Cơ

khí đã c ng c p cho tôi những kiến thức vô cùng hữ ích.
Tơi cũng xin chân thành cả

ơn PGS.TS.Nguyễn Đức Na , người đã tận tình hướng

dẫn tơi thực hiện luận văn này và sa cùng tôi xin chân thành cả

ơn ạn è đồng

nghiệp, các ạn học viên đã giúp đỡ tơi trong q á trình học tập cũng như thực hiện
luận văn này.
Xin kính chúc q ý thầy cơ, ạn è đồng nghiệp và ạn è đồng học sức khỏe, hạnh
phúc.

i


TĨM TẮT
Trong các nghiên cứu về gia cơng tinh ằng dung dịch

ài phi Newton thì thơng

thường tác đ ng của các thông số gia công đến đ nhá


ề mặt chi tiết gia công

được tiến hành thông q a q á trình thực nghiệm. Kết quả là ch t lượng bề mặt chi
tiết được cải thiện đáng kể khi kết hợp các thông số công nghệ m t cách phù hợp.
Với phương pháp gia cơng ằng dung dịch
tạp có thể được gia cơng

ài phi Newton thì ề mặt chi tiết phức

ài tinh ằng m t q á trình đơn giản hơn.

T y nhiên, để giảm thời gian, chi phí cho việc chuẩn bị và tiến trình gia cơng thực
nghiệ

thì trong đề tài này sẽ nghiên cứ

ô phỏng ảnh hưởng của các thông số

công nghệ sự phân ố áp s t trên ề mặt chi tiết khớp gối trong q á trình gia công
tinh bằng dung dịch

ài phi Newton. Kết quả

ô phỏng cho th y rằng áp s t phân

bố trên ề mặt chi tiết chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi các thơng số cơng nghệ chính
như: vận tốc của dung dịch

ài, khe hở gia cơng và góc nghiêng của chi tiết. Áp s t


phân ố trên ề mặt chi tiết gia công phụ thu c nhiề vào vận tốc dung dịch

ài, sau

đó là góc nghiêng chi tiết và khe hở gia công. Áp s t phân ố sẽ tăng khi ta tăng vận
tốc dung dịch

ài. Ngoài ra, để tăng khả năng tiếp xúc của dung dịch

ài đối với

những vị trí phức tạp trên ề mặt chi tiết gia cơng thì góc nghiêng chi tiết cần được
thiết lập. Các thông số công nghệ này được tiến hành tối ư hóa để tì

ra

thơng số

tối ư cho q á trình thực nghiệm. Kết quả thực nghiệm cho th y, tại vùng áp s t
càng lớn thì ch t lượng bề mặt sẽ đạt được càng cao. Kết quả bề mặt chi tiết sau khi
gia cơng đã giả

đ nhá

từ Ra= 0,18μ

x ống cịn Ra= 0,02 μ

công.


ii

sa 30 phút gia


ABSTRACT
In previous studies on finishing with non-Newtonian fluid, the influence of
technological parameters on the surface quality of workpiece was conducted through
an experimental process. As a result, the surface quality is significantly improved
when the technological parameters are selected appropriately. With non-Newtonian
fluid processing, the complex surfaces can be polished by a simple machining
process.
In order to reduce the time and cost for the preparation and conduct experimental
machining, we will study and build a simulation model of the influence of
technological parameters on the pressure distribution on the surface of the knee joint
in the polishing process with non-Newtonian fluid. The simulation results show that
the pressure is directly affected by the main technological parameters such as the
velocity of the slurry, the working gap and the inclination angle of the workpiece.
The pressure distribution on the workpiece surface is highly dependent on the
velocity of the slurry, then inclination angle and the working gap. The pressure
distribution will increase when increase the velocity of the slurry. In addition, in
order to increase the contact area between the slurry and the complex positions on the
workpiece surface, the inclination angle needs to be established. These technological
parameters are optimized to find the optimal set of parameters for the experimental
process. Experimental results show that the higher the pressure area, the better
surface quality will be achieved. As a result, the surface roughness of the workpiece
has improved significantly from Ra = 0.18 μ
machining process.

iii


to Ra = 0.02 μ

after 30-minute


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin ca

đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên

cứ và các kết quả trong luận văn là tr ng thực, không sao chép từ b t kỳ m t nguồn
nào và dưới b t kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các ng ồn tài liệ đã được thực
hiện trích dẫn và ghi ng ồn tài liệu tham khảo đúng q y định.
Học viên

Phạm Văn Minh

iv


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... i
TÓM TẮT .......................................................................................................... ii
ABSTRACT ...................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................. viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT............................................................................ xi
MỞ ĐẦU .............................................................................................................1

1. Đặt v n đề ...........................................................................................................1
2. Tính c p thiết của đề tài ......................................................................................3
3. Mục tiê đề tài .....................................................................................................4
3.1 Mục tiê tổng q át ........................................................................................4
3.2 Mục tiê cụ thể ..............................................................................................4
4. Đối tượng và phạ

vi nghiên cứu .......................................................................5

5. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................5
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................6
6.1 Ý nghĩa khoa học ..........................................................................................6
6.2 Ý nghĩa thực tiễn ...........................................................................................6
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĨNH VỰC NGHIÊN CỨU ...................................7
1.1 Giới thiệu...........................................................................................................7
1.2 Các nghiên cứ trong nước ...............................................................................8
1.3 Các nghiên cứ ngoài nước .............................................................................12
1.3.1 Các nghiên cứ

ài ằng phương pháp tr yền thống .............................12

1.3.2 Các nghiên cứ

ài kết hợp với ch t lỏng

1.3.3 Các nghiên cứ

ài sử dụng ch t lỏng phi Newton ................................17

ài từ tính ............................15


CHƯƠNG 2 CƠ SỞ Ý THUYẾT ..........................................................................23
2.1 Đặc tính của các dạng ch t lỏng......................................................................23
2.2 Tính ch t của ch t lỏng phi Newton ...............................................................26
2.3 Cơ học của q á trình gia cơng ằng ch t lỏng

v

ài phi Newton .....................28


2.4 Đ nhá

ề mặt ..............................................................................................30

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến ch t lượng bề mặt chi tiết trong gia công tinh ằng
ch t lỏng phi Newton ............................................................................................31
2.5.1 Đ nhớt của dung dịch

ài ......................................................................31

2.5.2 Tốc đ cắt .................................................................................................32
2.5.3 Nồng đ dung dịch
2.5.4 Kích thước hạt

ài. ...........................................................................32

ài ...................................................................................32

2.5.5 Góc nghiêng của chi tiết gia công ............................................................32

2.5.6 Tốc đ quay của chi tiết gia công ............................................................33
2.6 Phương pháp Tag chi .....................................................................................33
2.6.1 Giới thiệu..................................................................................................33
2.6.2 Các ước thiết lập ....................................................................................34
CHƯƠNG 3 THIẾT LẬP MÔ HÌNH MƠ PHỎNG.................................................35
3.1 Mơ hình

ơ phỏng ..........................................................................................35

3.1.1 Thiết kế chi tiết gia công ..........................................................................36
3.1.2 Thiết kế thùng chứa dung dịch

ài ..........................................................37

3.2 Mơ hình chia lưới phần tử ...............................................................................37
3.3 Thiết lập các điều kiện

ô phỏng ...................................................................38

3.3.1 Đầ vào và đầu ra của dòng d ng dịch
3.3.2 Các điều kiện iên cho q á trình

ài .............................................38

ơ phỏng.............................................39

3.3.2 Thiết lập các điều kiện cho ch t lỏng phi Newton ...................................41
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ TỐI ƯU HĨA ......................................44
4.1 Ảnh hưởng của vận tốc dung dịch
4.1.1 Thiết lập các thông số

4.1.2 Kết quả

ài đến áp s t phân ố...........................44

ô phỏng .............................................................44

ô phỏng và thảo luận ...............................................................45

4.2 Ảnh hưởng của khe hở gia công đến áp s t phân ố.....................................47
4.2.1 Thiết lập các thông số
4.2.2 Kết quả

ô phỏng .............................................................47

ô phỏng và thảo luận ...............................................................48

4.3 Ảnh hưởng của góc nghiêng của chi tiết gia công đến áp s t phân ố .........50
4.3.1 Thiết lập các thông số

ô phỏng .............................................................50

vi


4.4 Phân tích ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ đến áp s t phân ố trên ề
mặt chi tiết .............................................................................................................53
4.4.1 Thiết kế số lượt

ơ phỏng .......................................................................53


4.4.2 Phân tích sự tương tác của các thông số công nghệ đến sự phân ố áp s t
.................................................................................................................55
4.5 Tối ư hóa các thơng số cơng nghệ .................................................................58
4.5.1 Phương trình hồi q y và tác đ ng của các thông số ................................58
4.5.2 Tối ư hóa thơng số cơng nghệ ................................................................61
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ...............................................................63
5.1 Thiết lập điều kiện thực nghiệm......................................................................63
5.5.1 Máy thực nghiệm .....................................................................................63
5.5.2 Chi tiết gia công .......................................................................................64
5.5.3 Thiết bị đo đ nhá .................................................................................65
5.5.4 Dung dịch

ài ..........................................................................................65

5.5.5 Thông số thực nghiệm..............................................................................65
5.2 Kết quả thực nghiệm .......................................................................................66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................................70
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA HỌC VIÊN ....................72
TÀI IỆU THAM KHẢO.................................................................................73
Ý ỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN .................................................77

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 0.1 Sản phẩm với các ề mặt phức tạp [1] .........................................................1
Hình 0.2 Sản phẩm khớp gối và khớp háng nhân tạo [2]............................................3
Hình 1.1 Trường vận tốc của dịng chảy qua 4 vật cản xếp hình v ông [9] .............10
Hình 1.2 Áp s t phân ố trên ề mặt chi tiết [10] ...................................................11
Hình 1.3 Áp s t phân ố trên ề mặt ánh răng [11] ..............................................11

Hình 1.4 Sự phân ố ứng su t trong gia công tốc đ cao [12]..................................13
Hình 1.5 Sự phân ố nhiệt đ trong gia cơng ài [14] .............................................14
Hình 1.6 Sự phân ố ứng su t trong gia công ài vật liệ đ cứng cao [15]...........14
Hình 1.7 Sự phân ố ứng su t trong gia cơng ằng đầ
ài cầu [18] ......................15
Hình 1.8 Mơ hình gia cơng tinh ằng ch t lỏng từ tính [20] ....................................16
Hình 1.9 Mơ hình ố trí các cực từ trên đĩa ài [20] ...............................................16
Hình 1.10 Kết quả ơ phỏng với sự bố trí các cực từ khác nha trên đĩa ài [20] .17
Hình 1.11 Ứng xử của dịng ch t lỏng với các án kính hình trụ trịn khác nha [25]
..................................................................................................................18
Hình 1.12 Mơ hình ơ phỏng q á trình gia cơng [26] .............................................19
Hình 1.13 Sự phân ố áp s t khi góc nghiêng chi tiết thay đổi [26] .......................20
Hình 1.14 Ng n lý của q á trình gia cơng chi tiết trụ trịn [27] ............................20
Hình 1.15 Kết quả bề mặt chi tiết sa khi gia cơng [27]...........................................21
Hình 1.16 Kết quả bề mặt trước và sa khi gia cơng [31] ........................................21
Hình 2.1 Mơ hình xác định đ nhớt ch t lỏng bằng các hình trụ trịn ......................23
Hình 2.2 Mơ hình dịng chảy giữa 02 thành trụ ........................................................24
Hình 2.3 Mơ hình phần tử ch t lỏng .........................................................................24
Hình 2.4 Mối quan hệ giữa tốc đ biến dạng và ứng su t cắt [32] ...........................27
Hình 2.5 Mơ hình phân tử các dạng trạng thái ch t lỏng khác nha [27] .................28
Hình 2.6 Ng yên lý của q á trình gia cơng ằng dung dịch ài phi Newton [27] ..28
Hình 2.7 Cơ học của q á trình gia cơng ằng ch t lỏng phi Newton [27] ...............29
Hình 2.8 Profin ề mặt chi tiết áy [33] ..................................................................31
Hình 3.1 Ng yên lý hoạt đ ng của q á trình gia cơng .............................................35
Hình 3.2 Kích thước của chi tiết khớp gối [34] ........................................................36
Hình 3.3 Chi tiết khớp gối được tải vào phần mềm Ansys .......................................37
Hình 3.4 Chi tiết khớp gối được tải vào phần mềm Ansys .......................................37
Hình 3.5 Mơ hình chia lưới phần tử ..........................................................................38
Hình 3.6 Mơ hình chia lưới phần tử của chi tiết gia cơng.........................................38
Hình 3.7 Mơ hình thiết lập điều kiện iên ................................................................39

Hình 3.8 Thiết lập vận tốc dòng chảy đầ vào của thùng chứa ................................39
Hình 3.9 Thiết lập vận tốc dịng chảy đầu ra của thùng chứa ...................................40

viii


Hình 3.10 Thiết lập điều kiện iên cho chi tiết gia cơng ..........................................40
Hình 3.11 Thiết lập điều kiện iên cho thùng chứa ..................................................41
Hình 3.12 Mối quan hệ giữa đ nhớt và tốc đ biến dạng [25] ................................42
Hình 3.13 Thiết lập các điều kiện cho ch t lỏng ài phi Newton ............................42
Hình 3.14 Thiết lập các thơng số n và K cho ch t lỏng ài phi Newton .................43
Hình 4.1 (a-f) Kết quả ô phỏng với vận tốc dung dịch ài thay đổi .....................46
Hình 4.2 Ảnh hưởng của vận tốc dung dịch ài đến áp s t phân ố .....................47
Hình 4.3 (a-f) Kết quả ô phỏng với khe hở gia công thay đổi ...............................49
Hình 4.4 Ảnh hưởng của khe hở gia cơng đến áp s t phân ố................................50
Hình 4.5 (a-f) Kết quả ơ phỏng với góc nghiêng chi tiết thay đổi .........................52
Hình 4.6 Ảnh hưởng của góc nghiêng của chi tiết gia cơng đến áp s t phân ố ....53
Hình 4.7 Ảnh hưởng trực tiếp của các thông số đến sự phân ố áp s t P ...............56
Hình 4.8 Ảnh hưởng của các thông số đến sự phân ố áp s t (P) bằng đồ thị 3D,
(a) khe hở gia công và góc nghiêng của chi tiết, (b) vận tốc dung dịch ài
và góc nghiêng của chi tiết, khe hở gia công, (c) khe hở gia công và vận
tốc dung dịch ài .......................................................................................57
Hình 4.9 Phần tră ảnh hưởng của các thơng số đến áp s t phân ố (Pa) .............59
Hình 4.10 Biể đồ Pareto phân tích ảnh hưởng của các thơng số đến áp s t phân
bố. .............................................................................................................60
Hình 5.1 Mơ hình thiết bị gia cơng ...........................................................................63
Hình 5.2 Kích thước chi tiết gia cơng .......................................................................64
Hình 5.3 Bề mặt chi tiết gia cơng ..............................................................................64
Hình 5.4 Máy đo đ nhá Insize ISR-S400 .............................................................65
Hình 5.5 Vùng diện tích đo đ nhá ........................................................................66

Hình 5.6 Kết quả đo đ nhá ở vùng đỉnh của chi tiết (Ra = 0.02μ ) ....................67
Hình 5.7 Kết quả đo đ nhá ở vùng đáy của chi tiết (Ra = 0.03μ ) .....................67
Hình 5.8 Chi tiết khớp gối trước khi gia cơng (đ nhá Ra = 0.18μ ) ...................68
Hình 5.9 Chi tiết khớp gối sa khi gia công tinh (đ nhá Ra = 0.02μ ) ...............68

ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Đặc tính d ng dịch hạt ài Al2O3 .............................................................41
Bảng 4.1 Các thông số ô phỏng .............................................................................45
Bảng 4.2 Các thông số ô phỏng .............................................................................47
Bảng 4.3 Các thông số ô phỏng .............................................................................50
Bảng 4.4 Các thông số công nghệ và giá trị..............................................................53
Bảng 4.5 Số lần ô phỏng và thông số công nghệ ...................................................55
Bảng 4.6 Các hệ số của ô hình hồi quy ..................................................................58
Bảng 4.7 Sự phân ố ảnh hưởng của các nhân tố đến áp s t ..................................61
Bảng 4.8 Bảng thông số công nghệ tối ư ................................................................62
Bảng 4.9 Bảng kết quả dự đoán tối ư ......................................................................62
Bảng 5.1 Đặc tính d ng dịch ài ..............................................................................65
Bảng 5.2 Thơng số q á trình thực nghiệm ................................................................66
Bảng 5.3 Kết quả đo đ nhá ở các vùng diện tích trên ề mặt chi tiết ..................67

x


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ANOVA: Analysis of variance
AFM: Abrasive Flow Machining
CNC: Computer Numerical Control

EEM: Elastic emission machining
ELID: ELectrolytic In-process Dressing
EP: Electro Polishing
MRF: Magnetorheological Fluids
RSM: Response Surface Methodology
STP: Shear thickening polishing

xi


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Các sản phẩ

có hình dáng ề mặt phức tạp ngày càng được sử dụng phổ biến trong

các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, kỹ thuật kh ơn

ẫu, th

kính q ang

học, y sinh học, cơ khí chính xác,…Chúng được sử dụng để nâng cao khả năng là
việc và ứng dụng của các sản phẩ . Các chi tiết này đòi hỏi ch t lượng bề mặt và đ
chính xác hình dáng hình học r t cao. Hình 1 cho th y m t số sản phẩ

có ề mặt

phức tạp được sử dụng trong các ngành cơng nghiệp.


Hình 0.1 Sản phẩm với các ề mặt phức tạp [1]
Để gia công tinh các sản phẩ

đạt ch t lượng kỹ thuật theo cầ thì đã có nhiều

kỹ thuật gia công từ kỹ thuật gia công tr yền thống đến kỹ thuật gia công phi tr yền
thống, bao gồ : các kỹ thuật gia công tr yền thống bằng phay, tiện CNC sa đó gia
cơng lần cuối thơng q a

ài tinh bằng đá

1

ài, hoặc phương pháp

ài nghiền, hoặc


phương pháp

ài tinh

ỏng. Bên cạnh đó, cũng có nhiều kỹ thuật gia công phi

truyền thống cũng đã được ứng dụng, chẳng hạn như: gia công phát xạ đàn hồi
(EEM), gia công

ài điện phân (EP), gia công tinh ứng dụng lư ch t từ biến

(MRF), gia công


ài điều khiển bằng điện cực (E ID), gia công tinh ứng dụng ch t

lỏng phi Newton (STP).
Để cải thiện ch t lượng bề mặt và hiệu quả gia công đối với các chi tiết có hình dạng
phức tạp thì kỹ thuật

ài tinh ứng dụng ch t lỏng phi Newton được biết đến có khả

năng áp dụng cao. Mài tinh ằng ch t lỏng phi Newton là sự kết hợp của ch t lỏng
Newton và hạt

ài. Khi có sự tác đ ng của lực hoặc tốc đ cắt thì ch t lỏng

ài này

sẽ chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn. Đ nhớt của chúng sẽ tăng dần dưới
tác đ ng của các yếu tố ngoại lực. Điề này là

cho ch t lỏng

trở nên rắn hơn do đ nhớt của nó tăng lên. Khi đó, ch t lỏng
đầ

ài phi Newton sẽ
ài sẽ trở thành

t

ài linh hoạt có thể tiếp xúc được với các ề mặt phức tạp của chi tiết để loại bỏ


vật liệ . Khi khơng cịn tác đ ng của ngoại lực thì ch t lỏng

ài sẽ trở về trạng thái

an đầ . Trong q á trình gia cơng, các điều kiện gia công như vận tốc quay của
thùng chứa, đ nhớt ch t lỏng, góc nghiêng chi tiết, khe hở là

việc của phôi ảnh

hưởng lớn đến giá trị áp s t và ch t lượng bề mặt gia công. Ảnh hưởng của các
thông số công nghệ đến ch t lượng bề mặt chi tiết đã được tiến hành trong các
nghiên cứu thực nghiệm. Việc thiết lập các thông số thực nghiệ
hưởng của các thông số này đến đ nhá

và đánh giá ảnh

ề mặt khá phức tạp, địi hỏi thời gian gia

cơng và chi phí lớn.
Để giảm bớt thời gian, chi phí cho việc thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số
công nghệ đến q á trình gia cơng tinh ằng ch t lỏng phi Newton, thì việc nghiên
cứu thiết lập

ơ hình

ơ phỏng cho q á trình gia cơng cơng này là r t cần thiết và

c p ách. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến sự phân ố áp s t của dòng
ch t lỏng


ài phi Newton trên ề mặt chi tiết sẽ được

ơ phỏng và phân tích. Dựa

trên các kết quả này, sẽ xác định điều kiện tốt nh t cho q á trình gia cơng tinh cho
chi tiết.

2


2. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, sự phát triển nhanh chóng của lĩnh vực cơ y sinh đã tạo ra các sản phẩm
có thể thay thế cho các
Điề này đã
sống và là

phận, chức năng của cơ thể con người đã ị thối hố.

ang đến những ứng dụng tích cực cho cu c sống, cải thiện điều kiện
việc cho con người. T y nhiên, các sản phẩm thay thế này chẳng hạn

như khớp gối, khớp háng nhân tạo yê cầu địi hỏi phải có phương pháp gia cơng và
thiết bị gia cơng phù hợp nhằm được đ chính xác theo yê cầu của các bề mặt phức
tạp này. Hình 2 thể hiện hình ảnh của các khớp gối và khớp háng nhân tạo.

a. Khớp gối nhân tạo

b. Khớp háng nhân tạo


Hình 0.2 Sản phẩm khớp gối và khớp háng nhân tạo [2]
Hiện nay, có nhiề cơng nghệ gia cơng tinh đã được nghiên cứu thực nghiệ

để

nâng cao ch t lượng bề mặt chi tiết như gia công phát xạ đàn hồi (EEM), gia công
ài điện phân (EP), gia công tinh ứng dụng lư ch t từ biến (MRF), gia công

ài

điều khiển bằng điện cực (E ID), gia công tinh ứng dụng ch t lỏng phi Newton
(STP), gia công ằng cơ hố học (CMP),…Trong các phương pháp gia cơng này, thì
phương pháp gia cơng tinh ằng ch t lỏng phi Newton

ang đến khả năng áp dụng

và khả thi cao đối với các ề mặt chi tiết phức tạp. Các nghiên cứ trước đây chủ
yếu tập tr ng vào việc thực nghiệ

xác định tác đ ng của các thông số gia công đến

3


ch t lượng bề mặt của chi tiết trong q á trình gia cơng. T y nhiên, việc xây dựng

ơ

hình thực nghiệ , điều kiện thực nghiệm cho quá trình gia cơng địi hỏi thời gian,
chi phí cao. Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng


ô phỏng ảnh hưởng các thông số

công nghệ đến ch t lượng bề mặt chi tiết khớp gối bằng ch t lỏng phi Newton r t
cần thiết. Việc này sẽ giúp ích cho q á trình xác định mức đ ảnh hưởng của các
thông số công nghệ đến sự phân ố áp s t của dòng ch t lỏng

ài phi Newton lên

bề mặt chi tiết trong q á trình gia cơng. Từ đó, sẽ phân tích và lựa chọn điều kiện tốt
nh t cho q á trình gia cơng cũng như tì

ra được thơng số cơng nghệ tối ư để cải

thiện áp s t của dòng d ng dịch trên ề mặt gia cơng. Kết quả
góp cho việc thiết lập được điều kiện thực nghiệ

ô phỏng sẽ đóng

phù hợp đối với các ề mặt phức

gia cơng khác nha .

tạp của sản phẩ

3. Mục tiêu đề tài
3.1 Mục tiêu tổng quát
Nghiên cứu

ô phỏng ảnh hưởng của thông số công nghệ đến sự phân ố áp s t


của dung dịch

ài phi Newton trên ề mặt chi tiết gia công.

3.2 Mục tiêu cụ thể
- Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân ố áp s t trên ề mặt chi tiết trong
q á trình gia cơng.
- Xây dựng

ơ hình

ơ phỏng.

- Thiết lập các điều kiện iên cho q á trình

ơ phỏng.

- Phân tích ảnh hưởng của các thông số gia công đến sự phân ố áp s t trên bề mặt
chi tiết gia cơng.
- Tối ư hóa các thông số công nghệ để đạt áp s t trên ề mặt tốt nh t.
- Thực nghiệm kiểm chứng dựa trên các kết quả

4

ô phỏng.


4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
+ Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

- Nghiên cứu

ô phỏng phương pháp

ài dựa trên ch t lỏng phi Newton kết hợp

ài và tốc đ dịch chuyển của dòng d ng dịch

với hạt

ài để thực hiện q á trình gia

cơng chi tiết khớp gối nhân tạo.
- Chỉ tập tr ng

ô phỏng khảo sát 3 thơng số cơng nghệ chính: vận tốc dung dịch

ài, khe hở gia cơng và góc nghiêng của chi tiết đến áp s t phân ố của dung dịch
ài phi Newton.
+ Phạm vi nghiên cứu:
- Chi tiết gia công là khớp gối có đường kính ngồi Ø35
- Dung dịch
- Kết quả

ô phỏng được cố định đ nhớt.

ô phỏng đánh giá q a áp s t của dòng d ng dịch

- Dung dịch
- Đ nhá


ài phi Newton trong q á trình

.

ài phi Newton.

ài chủ yế là Al2O3, vật liệu chi tiết gia công là thép không gỉ 2083.
ề mặt được đánh giá thông q a giá trị là Ra.

5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp q y nạp: Dựa trên cơ sở lý th yết về gia công ằng ch t lỏng phi
Newton để xác định các thơng số chính ảnh hưởng đến sự phân ố áp s t của dung
dịch

ài phi Newton trên ề mặt chi tiết gia công.

- Phương pháp

ô phỏng: Mô phỏng ảnh hưởng của các thông số cơng nghệ chính

đến sự phân ố áp s t dựa trên các công cụ
- Nghiên cứu thực nghiệ : Căn cứ kết quả
nghiệ

ô phỏng của phần mềm ANSYS.
ô phỏng sẽ tiến hành gia công thử

và đánh giá ch t lượng bề mặt của chi tiết khớp gối.


5


6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
6.1 Ý nghĩa khoa học
- Phân tích và đánh giá tác đ ng của thông số công nghệ đến sự phân bố áp s t của
dung dịch

ài phi Newton trên ề mặt chi tiết.

- Xây dựng được m t

ơ hình

ơ phỏng phân tích ảnh hưởng của thơng số cơng

nghệ đến sự phân ố áp s t trên ề mặt chi tiết trong gia công ằng dung dịch

ài

phi Newton.
- Xác định được b thông số công nghệ tối ư để đạt được áp s t lớn nh t trong q á
trình gia cơng phục vụ cho q á trình thực nghiệm kiểm chứng.
6.2 Ý nghĩa thực tiễn
- Tạo ra b thông số cơng nghệ phù hợp cho q á trình thực nghiệ

để nâng cao ch t

lượng bề mặt sản phẩm.
- Tạo tiền đề ứng dụng cho việc


ô phỏng các chi tiết có hình dáng phức tạp khác

có liên q an đến q á trình gia cơng ằng ch t lỏng phi Newton.

6


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
1.1 Giới thiệu
Ngày nay, sự phát triển nhanh chóng của sản phẩ

cơng nghệ cao địi hỏi các chi

tiết gia cơng phải đảm bảo về ch t lượng bề mặt và hình dáng. Ch t lượng bề mặt
chi tiết đóng vai trị r t quan trọng đến tuổi thọ của chi tiết và đ chính xác khi là
việc của các thiết bị. Bề mặt chi tiết có nh p nhơ ề mặt cao sẽ gây ra tác hại đến
khả năng là

việc của chi tiết.

Ch t lượng bề mặt chi tiết được đánh giá thông q a chiều cao nh p nhô tế vi trên ề
mặt hay còn gọi là đ nhá

ề mặt. Khi hai bề mặt tiếp xúc thì các đỉnh nh p nhơ

này sẽ bị san phẳng. Tại các vị trí tiếp xúc đó là
hồi và là

cho các điểm tiếp xúc ị nén đàn


iến dạng dẻo các nh p nhô. Khi các ề mặt chuyển đ ng tương đối với

nha thì q á trình

ịn sẽ sinh ra và khi vượt q á giới hạn thì dẫn đến phá h ỷ bề

mặt chi tiết. Do đó, nếu cải thiện đ nhá
việc tiếp xúc thì lượng

ề mặt chi tiết, các chi tiết

ịn sẽ là ít nh t, q a đó, t ổi thọ của chi tiết

áy khi là
áy sẽ được

d y trì ở thời gian dài.
Để cải thiện ch t lượng bề mặt của sản phẩ

trong q á trình gia cơng, ề mặt chi

tiết thường được xử lý thông q a công đoạn

ài tinh ằng đá

ài. T y nhiên,

phương pháp gia công tr yền thống này vẫn còn ứng dụng hạn chế cho các sản
phẩ


có hình dạng phức tạp. Các ề mặt chi tiết phức tạp thì cần phải có đĩa

ài

phù hợp và q y trình gia cơng tương ứng mới có thể đáp ứng được yê cầu về ch t
lượng bề mặt gia cơng. Vì thế, sẽ tiê tốn nhiều thời gian và chi phí cho q á trình
gia cơng tinh các ề mặt phức tạp bằng phương pháp gia công tinh tr yền thống.
Ngày nay, đã có nhiề cơng nghệ gia cơng tinh đã được đề xu t để nâng cao ch t
lượng bề mặt chi tiết như gia công phát xạ đàn hồi (EEM), kỹ thuật gia công

ài

điện phân (EP), kỹ thuật gia công tinh ứng dụng lư ch t từ biến (MRF), gia công
ài điều khiển bằng điện cực (E ID), gia công tinh ứng dụng ch t lỏng phi Newton
(STP), kỹ thuật gia cơng ằng cơ hố học (CMP), gia cơng ằng áp lực dịng tia hạt
ài (AFM),…Các phương pháp gia công tiên tiến này được áp dụng để gia công

7


tinh các ề mặt có hình dáng phức tạp, các chi tiết có đ cứng cao, mỏng và giịn.
Trong các phương pháp gia công tiên tiến này, phương pháp gia công tinh ằng
dung dịch

ài phi Newton là

t phương pháp gia công tinh đã được nghiên cứ và

ứng dụng trong gia công tinh để cải thiện ch t lượng bề mặt chi tiết gia cơng và hiệu

quả của q á trình. Khi có sự tác đ ng của lực hoặc tốc đ cắt thì ch t lỏng

ài phi

Newton này sẽ chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn. Đ nhớt của chúng sẽ
tăng dần dưới tác đ ng của các yếu tố ngoại lực. Điề này là

cho ch t lỏng

Newton sẽ trở nên rắn hơn do đ nhớt của nó tăng lên. Khi đó, ch t lỏng
thành

t đĩa

ài phi
ài sẽ trở

ài linh hoạt có thể tiếp xúc được với các ề mặt chi tiết phức tạp để

gia công tinh. Khi khơng cịn tác đ ng của ngoại lực thì ch t lỏng
thái an đầu. Kết thúc q á trình gia công, đ nhá

ài sẽ trở về trạng

ề mặt chi tiết sẽ được cải thiện

đáng kể.
1.2 Các nghiên cứu trong nước
Các nghiên cứ trong nước tập tr ng
các chi tiết là


ô phỏng q á trình gia cơng cắt gọt đối với

ằng vật liệu cứng và dịn cao. Chủ yế phân tích các yếu tố của q á

trình gia cơng đến sự biến dạng của chi tiết và phoi.
- Phạm Thị Hoa và các c ng sự đã tập tr ng vào nghiên cứ

ô phỏng ảnh hưởng

của chiề sâ cắt và tốc đ cắt đến sự hình thành của phoi khi phay tốc đ cao hợp
ki

nhô

A6061 [3]. Trong nghiên cứ

này,

Wierzbicki B-W với tiê chí phá hủy Mohr-Co lo
ABAQUS Explicit để
q á trình

ơ hình phá hủy vật liệu Baođược xây dựng trên phần mềm

ô phỏng sự phá h ỷ. Các kết quả về chiề dày phôi trong

ô phỏng được so sánh với kết quả tính tốn lý th yết. Ngồi ra, tác đ ng

của chiề sâ cắt và tốc đ cắt đến hệ số co rút và góc iến dạng của phoi cũng được

phân tích. Kết quả là khi tăng tốc đ cắt thì chiề dày phơi có x hướng giảm. Tuy
nhiên, hệ số co rút phoi sẽ giả

và góc iến dạng của phoi tăng khi tốc đ cắt và

chiều sâ cắt.
- Nghiên cứu của tác giả Nguyễn Như Ng yệt với đề tài “Nghiên cứ nâng cao ch t
lượng bề mặt chi tiết gia cơng ằng tối ư hóa

8

t số yếu tố kỹ thuật của q á trình


phay tinh trên

áy cơng cụ CNC”, đã phân tích và đánh giá được mối liên q an giữa

thơng số hình học của dao và đ nh p nhô ề mặt, lực cắt, nhiệt cắt, và t ổi thọ của
dao [4]. Trong đó, góc gá dao hoặc phơi tác đ ng lớn đến đ nhá

ề mặt chi tiết

gia công. Kết quả tối ư cũng được đề xu t cho q á trình gia cơng với thơng số góc
gá nghiêng và án kính dao phù hợp.
- Nghiên cứu của tác giả Hồng Việt với v n đề “Ảnh hưởng của m t số thông số
chế đ cắt đến bề mặt gia công trên

áy tiện”. Kết quả là ảnh hưởng của chiề sâ


cắt, tốc đ chạy dao, vận tốc cắt đến với đ nhá

ề mặt chi tiết đã được phân tích

và đánh giá. Bên cạnh đó, để cải thiện ch t lượng bề mặt chi tiết gia cơng thì
thơng số cơng nghệ tối ư đã được tính tốn và thiết lập trong nghiên cứ này [5].
- Nghiên cứu của Nguyễn Thị Linh về “Ch t lượng bề mặt gia công khi
SUJ2 bằng đá

ài CBN trên

ài thép

áy

ài phẳng” [6]. Trong nghiên cứ này, vận tốc cắt

có ảnh hưởng lớn nh t đến đ nhá

ề mặt gia cơng. Trong khi đó, chiề sâ cắt thì

ảnh hưởng khơng đáng kể đến đ nhá

ề mặt. Do đó, để cải thiện đ nhá

ề mặt

gia cơng thì thơng số vận tốc cắt và lượng chạy dao cần được lựa chọn phù hợp.
- Bài áo của nhó


tác giả Trần Quốc Hùng, Dương Văn Đức, Nguyễn Hồi Sơn,

“Tối ư hóa chế đ cắt khi
[7]. Chế đ cắt khi
chỉ tiê đ nhá
tối ư dựa trên

ài trịn ngồi thép SKD11 theo chỉ tiê nhá

ài trịn ngồi chi tiết bằng đá

ề mặt”

ài cần được tối ư hoá dựa vào

ề mặt. Vận tốc chi tiết, chiề sâ cắt và lượng chạy dao dọc được
a trận thực nghiệm Box-Behken. Kết quả đ nhá

ề mặt đạt được

là Ra = 0,47 (μm).
- Nghiên cứu của tác giả Mạc Văn Giang về “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế đ cắt
đến đ nhá

ề mặt khi gia công thép C45 sa nhiệt luyện trên

áy tiện CNC”. Tác

đ ng của các thông số như vận tốc cắt V( /ph), ước tiến S(mm/vg), chiề sâ cắt
t(mm) tới đ nhá


Ra khi tiện CNC thép C45 đã tơi thể tích với dao hợp kim

CBN500 đã được đề xu t [8]. Kết quả thực nghiệ

đã thiết lập được phương trình

hồi quy cho b thơng số chế đ cắt tối ư nhằm cải thiện giá trị đ nhá
công.

9

ề mặt gia


- Bên cạnh đó, tác giả Hồ X ân Thịnh và các c ng sự cũng đã nghiên cứ

ơ phỏng

dịng chảy ch t lỏng phi Newton qua vật cản là trụ tròn. Kết quả đã chỉ ra được các
ảnh hưởng của các hệ số ε đến sự phân ố trường vận tốc dòng chảy của ch t lỏng
phi Newton qua vật cản là
tì

hiểu,

t trụ trịn xoay [9]. Ngồi ra, nhó

nghiên cứu cũng đã


ơ phỏng đặc tính dịng chảy qua nhiều vật cản hình trụ trịn có sự bố trí

khác nha trên

ặt phẳng.

Hình 1.1 Trường vận tốc của dịng chảy qua 4 vật cản xếp hình v ơng [9]
- Nhó

nghiên cứu của Nguyễn Đức Na

và ứng dụng ch t lỏng
như

và các c ng sự đã nghiên cứ

ô phỏng

ài phi Newton trong gia công tinh ề mặt chi tiết phức tạp

ặt cầu, bề mặt ánh răng. Kết quả thực nghiệm cho th y rằng đ nhá

chi tiết đã được cải thiện đáng kể từ Ra=130 nm giả
chi tiết dạng án cầ có đường kính Ø40

[10].

10

cịn Ra=23 n


ề mặt

đối với bề mặt


Hình 1.2 Áp s t phân ố trên ề mặt chi tiết [10]

Hình 1.3 Áp s t phân ố trên ề mặt ánh răng [11]
Bên cạnh đó, nhó

tác giả cũng đã tiến hành

q á trình gia cơng tinh ằng dung dịch
ánh răng [11]. Trong q á trình

ơ phỏng sự phân ố áp s t trong

ài phi Newton đối với bề mặt chi tiết là

ài tinh, góc nghiêng của ánh răng được cho là

m t thông số quan trọng tác đ ng đến áp s t phân ố và đ nhá

ề mặt tại các vị

trí khác nha trên ề mặt răng. Ảnh hưởng của các góc nghiêng đến sự phân ố áp
su t và đặc điểm của dòng ch t lỏng

ài đã được thực hiện thơng q a


ơ hình

ơ

phỏng. Các thơng số góc nghiêng 0, 4, 8, 12, 16, 20 và 24 đ đã được chọn trong
nghiên cứ này. Kết quả là, góc nghiêng 16 đ là phù hợp cho chi tiết ánh răng

11