LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
Thiết kế chế tạo cơ cấu tạo rung động trợ giúp gia công cơ
Tóm tắt
Qua việc phân tích một cách hệ thống các ƣu điểm vƣợt trội của phƣơng pháp gia công có rung động trợ giúp và các nguyên lý tạo rung động, 2 cơ cấu tạo rung động đặt lên phôi khi khoan đã đƣợc mô hình, tính toán, thiết kế và chế tạo. Hai cơ cấu tạo rung này đƣợc thiết kế lần lƣợt theo 2 nguyên lý: Cơ cấu tạo rung theo nguyên lý li tâm cơ khí và cơ cấu tạo rung theo nguyên lý áp điện.
Cơ cấu tạo rung tần số thấp (khoảng 50 Hz) theo nguyên lý li tâm cơ khí đã đƣợc chọn để tạo rung động trợ giúp cho quá trình thí nghiệm khoan hợp kim nhôm. Cơ cấu lệch tâm đã chế tạo có thể tạo rung động với tần số từ 26 đến 60 Hz, biên độ từ 2 đến 12 micromet, đƣợc tích hợp vào hệ thống gia công nhằm tạo rung cho phôi theo phƣơng dọc trục mũi khoan. Các lỗ có đƣờng kính 1,5 mm, chiều sâu 13 mm (L/D = 9) đã đƣợc gia công đối chứng cả bằng khoan thƣờng và khoan có bổ sung rung động.
Các bộ thí nghiệm đã đƣợc thiết kế nhằm so sánh độ tròn, độ trụ và năng suất giữa hai chế độ gia công khoan truyền thống và khoan có rung động trợ giúp. Vấn đề kẹt phoi, gãy mũi khoan khi khoan nhôm và hợp kim nhôm gần nhƣ đã đƣợc khắc phục hoàn toàn. Số liệu thực nghiệm về độ lay động đƣờng kính và độ tròn lỗ khoan đƣợc phân tích so sánh thông qua kiểm nghiệm so sánh t (2 sample t-test) trên 36 mẫu đo. Kết quả cho thấy khoan có rung có thể làm giảm độ lay rộng đƣờng kính lỗ đến 3 lần, làm giảm độ không tròn của lỗ đến 2 lần so với khoan truyền thống.
Trên thế giới, rung động trợ giúp gia công thƣờng đƣợc thực hiện nhờ các bộ tạo rung dùng động cơ servo cồng kềnh hay các tinh thể áp điện rất đắt tiền. Kết quả nghiên cứu này đã đem lại khả năng chủ động thiết bị, công nghệ cho phƣơng pháp gia công có rung động trợ giúp trở nên rất hứa hẹn tại Việt Nam, khắc phục đƣợc vấn đề cơ bản về chủ động vật tƣ, thiết bị và giá thành.
Thực hiện: Phan Văn Nghị 3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
Mục lục
Lời cam đoan .................................................................................................................... 1 Lời Thank ........................................................................................................................ 2 Tóm tắt .............................................................................................................................. 3 Các ký hiệu viết tắt ........................................................................................................... 7 Danh mục các hình ảnh..................................................................................................... 8 Danh mục các bảng, biểu ................................................................................................ 11 GIỚI THIỆU ................................................................................................................... 12
0.1. Vấn đề nghiên cứu .......................................................................................... 12
0.2. Các kết quả nghiên cứu gần đây ..................................................................... 13
0.3. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 16
0.4. Các kết quả đã đạt đƣợc .................................................................................. 16
0.5. Cấu trúc luận văn ............................................................................................ 17
Chƣơng 1 ........................................................................................................................ 19 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CÓ RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP ................................... 19 1.1. Giới thiệu ............................................................................................................. 19 1.2. Lịch sử ngành gia công có rung động trợ giúp .................................................... 19 1.3. Các phƣơng pháp gia công có rung động trợ giúp............................................... 21 1.3.1. Phƣơng pháp cắt tích hợp siêu âm kiểu truyền thống (CUVC) .................... 21 1.3.2. Phƣơng pháp cắt tích hợp rung siêu âm kiểu elip (UEVC) .......................... 22 1.3.3. So sánh giữa các phƣơng pháp: cắt truyền thống (CC), CUCV và UECV ... 23 1.4. Các phƣơng pháp tạo rung động trợ giúp gia công.............................................. 24 1.4.1. Tạo rung động bằng li tâm cơ khí ................................................................. 24 1.4.3. Tạo rung động bằng truyền dẫn lệch tâm ..................................................... 27 1.4.4. Tạo rung động bằng truyền dẫn khí nén hay thủy lực .................................. 28 1.4.5. Tạo rung động bằng việc ứng dụng hiệu ứng áp điện................................... 28 1.4.5.1. Hiệu ứng áp điện trong vật liệu gốm .............................................. 28 1.4.5.2. Các tính toán cơ bản về các cơ cấu PZT ......................................... 30 1.4.5.3. Các cơ cấu PZT với độ bền thấp và tải nhỏ ........................................... 31 1.5. So sánh, lựa chọn phƣơng pháp tạo rung để thiết kế, chế tạo và thử nghiệm. 34 1.6. Kết luận chƣơng.............................................................................................. 35 Chƣơng 2 ........................................................................................................................ 37 CÁC KHÓ KHĂN KHI KHOAN LỖ NHỎ .................................................................. 37 TRÊN HỢP KIM NHÔM ............................................................................................... 37 2.1. Giới thiệu ............................................................................................................. 37 2.2. Các ứng dụng của nhôm và hợp kim nhôm ......................................................... 37 2.1.2. Tính gia công của hợp kim nhôm ................................................................. 41 2.3. Các vấn đề khi gia công hợp kim nhôm .............................................................. 42 2.3.1. Các vấn đề chung .......................................................................................... 42 2.3.1.1. Lực cắt khi gia công hợp kim nhôm ...................................................... 42 2.3.1.2. Sự hình thành và tách phoi..................................................................... 42 2.3.2. Các vấn đề khi khoan nhôm và hợp kim nhôm ............................................ 44 2.3.2.1. Biến dạng phoi khi khoan ............................................................... 45 2.3.2.2. Lực di chuyển phoi cho phoi xoắn ốc .................................................... 48 2.3.2.3. Lực di chuyển phoi cho phoi dải............................................................ 50 2.3.2.4. Ảnh hƣởng của thông số hình học mũi khoan đến sự tạo thành phoi xoắn ốc......................................................................................................................... 51
Thực hiện: Phan Văn Nghị 4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
2.3.2.5. Ảnh hƣởng của thông số mũi khoan đến sự hình thành phoi dạng dải .. 53 2.4. Ứng dụng rung động cho nguyên công khoan các loại vật liệu dẻo .................... 54 2.4.1. Mô hình toán cho khoan rung ................................................................. 54 2.4.2. Khả năng bẻ phoi khi khoan có rung động trợ giúp ..................................... 56 2.5. Kết luận chƣơng.............................................................................................. 57 Chƣơng 3 ........................................................................................................................ 58 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CƠ CẤU TẠO RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP KHOAN ............. 58 3.1. Giới thiệu ............................................................................................................. 58 3.2. Mô hình rung động trợ giúp nguyên công khoan ................................................ 58 3.3. Thiết kế, chế tạo bộ tạo rung động theo hiệu ứng áp điện cho khoan ................. 59 3.3.1. Lựa chọn, tính toán các PZT ......................................................................... 60 3.3.2. Bệ gá cơ sở.................................................................................................... 61 3.3.3. Ống kẹp......................................................................................................... 62 3.3.4. Ống truyền rung động ................................................................................... 63 3.4. Thiết kế, chế tạo bộ tạo rung động theo nguyên lý li tâm cơ khí cho khoan ....... 65 3.4.1. Động cơ điện một chiều (chi tiết số 1).......................................................... 67 3.4.2. Bánh lệch tâm (chi tiết số 7) ......................................................................... 68 3.4.3. Quả nặng để thay đổi khối lƣợng lệch tâm (chi tiết số 8) ............................. 69 3.4.4. Bệ gá cơ sở ( chi tiết số 5) ............................................................................ 70 3.4.5. Giá đỡ sống dẫn hƣớng chữ V (chi tiết số 9) ................................................ 71 3.4.6. Sống dẫn hƣớng chữ V (chi tiết số 3) ........................................................... 72 3.4.7. Các lò xo duy trì rung động (chi tiết số 4) .................................................... 72 3.4.8. Tấm gá động cơ - Rãnh dẫn hƣớng chữ V (chi tiết số 2).............................. 74 3.4.9. Ống gá động cơ ............................................................................................. 75 3.4.10. Đồ gá kẹp phôi gia công (chi tiết 11).......................................................... 76 3.4.11. Lắp ghép các chi tiết để tạo thành cơ cấu hoàn chỉnh ................................ 76 3.4.12.Tính toán lực quán tính li tâm để tạo ra và duy trì rung động ..................... 77 3.5. Kết luận chƣơng................................................................................................... 81 Chƣơng 4 ........................................................................................................................ 83
THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP KHOAN HỢP KIM NHÔM .......................................................................................................... 83 4.1. Giới thiệu ............................................................................................................. 83 4.2. Thiết lập thí nghiệm ........................................................................................ 83 4.2.1. Các trang thiết bị thí nghiệm......................................................................... 83 4.2.2. Lắp đặt các thiết bị thí nghiệm...................................................................... 88 4.2.3. Trình tự thực hiện thí nghiệm ....................................................................... 88 4.3. Kết quả thí nghiệm............................................................................................... 89 4.3.1. Đặc tính của phoi .......................................................................................... 89 4.3.2. Độ lay rộng lỗ khoan .................................................................................... 90 4.3.3. Độ không tròn của lỗ khoan.......................................................................... 93 4.3.4. Độ ổn định của kích thƣớc lỗ khoan ............................................................. 96 4.3.5. Độ xiên của lỗ khoan .................................................................................... 97 4.3.6. Chất lƣợng bề mặt lỗ sau khoan và vấn đề ba via ở mép cuối lỗ khoan....... 97 4.4. Kết luận chƣơng.............................................................................................. 99 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ......................................................................................... 100 Các kết quả chính đã đạt đƣợc .................................................................................. 100 Đề xuất các hƣớng nghiên cứu ................................................................................. 100 Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ 102
Thực hiện: Phan Văn Nghị 5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 105
Thực hiện: Phan Văn Nghị 6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
Các ký hiệu viết tắt
UVC Gia công với rung siêu âm (Ultrasonic Vibration Cutting)
CUVC Gia công với rung siêu âm kiểu truyền thống (Conventional
Ultrasonic Vibration Cutting)
UEVC Gia công với rung siêu âm kiểu elip (Ultrasonic Elip Vibration
Cutting)
PZT Cơ cấu chuyển đổi áp điện (Piezoelectric Transducers)
PZT-4 (Một loại cơ cấu chuyển đổi áp điện)
ELID Quá trình mài sửa đá bằng điện phân (Electrolytic In Process
Dressing)
USM Gia công siêu âm (Ultrasonic Machining)
EDM Gia công bằng tia lửa điện (Electrical Discharge Machining) ECM Gia công bằng điện hóa (Electrochemical Machining)
Thực hiện: Phan Văn Nghị 7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
TT hình
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8
Danh mục các hình ảnh
Nội dung
Mô hình đặt rung động vào hệ thống gia công
Mô hình cắt rung theo kiểu elip
Nguyên lý hình thành lực ly tâm
Nguyên lý tạo rung bằng lực từ trƣờng
Cơ cấu tạo rung động bằng lực từ trƣờng
Tạo rung bằng truyền dẫn lệch tâm dùng cho máy tải rung 27 Tạo rung bằng thủy lực, khí nén 28
29 Hiệu ứng áp điện thuận và nghịch xảy ra trên vật liệu áp điện 30 Quan hệ giữa lực cản và hành trình (biên độ) 31 Ứng xử của một PZT làm việc theo hƣớng trục 31 PZT đơn trong công nghiệp 33 Các PZT xếp chồng 34 Một số ứng dụng thực tế của hợp kim nhôm 38 Các sản phẩm ứng dụng của hợp kim nhôm A5052 40 Mức độ ảnh hƣởng của tốc độ cắt và lƣợng chạy dao đến lực cắt 42 Phoi khi khoan vật liệu dẻo 43 Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến dạng phoi dạng phoi 44 Các kích thƣớc phoi khác nhau trong thí nghiệm 48
Trang
22 23 24 26 27
Hiện ứng áp điện
Phân tích lực khi khoan có phoi dạng xoắn ốc Phoi dải chuyển động trong rãnh xoắn
48 51
8
Thực hiện: Phan Văn Nghị
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
2.9 Trạng thái ban đầu của phoi xoắn ốc
2.10 Hình dạng phoi dạng dải
52 53
2.11 Mô hình quỹ đạo 2 lƣỡi cắt mũi khoan khi khoan 55
3.1 Mô hình khoan với rung động trợ giúp 58
3.2 Mô hình tạo rung theo hiệu ứng áp điện 59
3.3 Kích thƣớc PZT và cách đấu điện áp 61
3.4 Chồng PZT- đã ghép nối 61
3.5 Bệ gá cơ sở của cơ cấu tạo rung 62
3.6 Ống kẹp của cơ cấu tạo rung 63
3.7 Ống truyền rung động của cơ cấu tạo rung 64
3.8 Lắp ghép cơ cấu tạo rung động bằng các PZT 64
3.9 Máy phát điện áp xung, công suất 1200W 65
3.10 (Mô hình hóa cơ cấu rung bằng lệch tâm cơ khí 65
3.11 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu tạo rung động trên phôi cho khoan 66
3.12 Mô hình các chi tiết của cơ cấu tạo rung động 67
3.13 Động cơ dẫn động quay lệch tâm 68
3.14 Bộ biến áp và chuyển đổi dòng điện từ xoay chiều sang một chiều 68
3.15 Bản vẽ thiết kế bánh lệch tâm 69
3.16 Các cặp quả nặng để tăng khối lƣợng lệch tâm: 69
3.17 Bản vẽ chế tạo chi tiết bệ gá cơ sở
3.18 Giá đỡ sống dấn hƣớng chữ V
3.19 Sống dẫn hƣớng chữ V
3.20 Lò xo duy trì rung động
3.21 Cụm chi tiết I sau khi chế tạo, lắp ráp
3.22 Tấm gá động cơ, phôi và rãnh dẫn hƣớng
3.23 Ống gá động cơ
3.24 Động cơ đƣợc lắp vào tấm gá sau khi chế tạo
3.25 Đồ gá kẹp phôi
Thực hiện: Phan Văn Nghị
71
71
72
73
74
75
76
76
77
9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
3.26 Cơ cấu tạo rung động theo nguyên lý li tâm cơ khí 78
3.27 Các lực tác dụng lên phôi gia công 78
3.28 Xác định tọa độ khối tâm 79
3.29 Các lực cắt khi khoan 81
4.1 Máy phay đứng Mazak M-800 84
4.2 Mũi khoan xoắn P18, D1.5 dùng cho thí nghiệm 85
4.3 Cơ cấu tạo rung động cho nguyên công khoan 85
4.4 Phôi hợp kim nhôm gá đặt khi thí nghiệm 86
4.5 Kính hiển vi điện tử VEGA SBU EasyProbe 86
4.6 Máy cắt dây CW322S 87
4.7 Đồng hồ so 87
4.8 Lắp đặt cơ cấu tạo rung lên máy phay 88
4.9 Thực hiện quá trình thí nghiệm khoan thƣờng 89
4.10 Thực hiện quá trình thí nghiệm khoan có rung động trợ giúp 89
4.11 Phoi dây khi khoan thƣờng
4.12 Phoi vụn khi khoan có rung động trợ giúp
4.13
4.14 Tính toán số lƣợng mẫu thí nghiệm cần thiết
4.15 Kết quả so sánh độ lay rộng
4.16
4.17 Kết quả so sánh độ không tròn
4.19 Hiện tƣợng xiên lỗ khoan: a. Khoan thƣờng,
4.20 Chất lƣợng bề mặt lỗ và ba via mép cuối lỗ khoan 97
Thực hiện: Phan Văn Nghị 10
90 90
91 91 93
93 95
Lỗ khoan thí nghiệm (tỷ lệ 10:1): a. Khoan thường, b. Khoan rung
Hiện tƣợng lỗ không tròn (tỷ lệ 10:1): a. Khoan thƣờng, b. Khoan rung
4.18
Phân bố độ lay rộng lỗ; nét liền cho lỗ khoan thƣờng, nét đứt cho lỗ khoan rung
96
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
b. Khoan rung 97
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
TT bảng
1.1 2.1 2.2 3.1 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
Danh mục các bảng, biểu
Nội dung
Trang
24
40
41
73
84
84
85
86
92
95
So sánh các phƣơng pháp gia công tích hợp rung siêu âm.
Phôi hợp kim nhôm tấm với thành phần hóa học cơ bản
Cơ tính của hợp kim nhôm A5052
Kết quả thử chuyển vị của lò xo
Thông số cơ bản của máy phay sử dụng thí nghiệm
Thông số mũi khoan thí nghiệm
Thành phần hợp kim nhôm A5052 thí nghiệm
Cơ tính của phôi gia công
Độ lay rộng lỗ khoan cho cả 2 phƣơng pháp khoan
Độ không tròn của lỗ khoan cho cả 2 phƣơng pháp khoan
Thực hiện: Phan Văn Nghị
11
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
GIỚI THIỆU
Phần này giới thiệu các cơ sở lý luận và tính cấp thiết để thực hiện đề tài nghiên cứu, các mục tiêu và tóm tắt các kết quả đã đạt đƣợc. Mục 0.1 trình bày về vấn đề nghiên cứu, hay tính cấp thiết của đề tài. Mục 0.2 tóm tắt các thông tin tổng quan về các kết quả nghiên cứu gần đây trên thế giới về gia công có rung động trợ giúp. Các mục tiêu cụ thể của nghiên cứu đƣợc thể hiện trong mục 0.3. Mục 0.4 tóm tắt các kết quả chính đã đạt đƣợc về cả lý thuyết và thực nghiệm. Mục cuối cùng giới thiệu cấu trúc của luận văn.
0.1. Vấn đề nghiên cứu
Hiện nay, hợp kim nhôm đang đƣợc sử dụng ngày càng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp. Gia công cắt gọt hợp kim nhôm nói chung thƣờng dễ dàng và có năng suất cắt cao hơn so với gia công thép và các hợp kim đen. Tuy nhiên, do tính dẻo của hợp kim nhôm, gia công khoan vật liệu này thƣờng gặp phải các vấn đề về năng suất và chất lƣợng lỗ khoan [1]. Trong quá trình khoan, phoi không thể thoát ra khỏi vùng cắt một cách tự do nhƣ trong các dạng gia công khác. Phoi (thƣờng là phoi dây) có ma sát mạnh với mặt trƣớc mũi khoan, rãnh xoắn thoát phoi và thành lỗ khoan, càng cản trở dòng phoi thoát ra, bám chặt vào rãnh xoắn làm tăng mô men xoắn và do vậy lực ma sát làm tăng đáng kể lực cắt [2]. Điều này có thể gây kẹt hay gãy mũi khoan. Hơn nữa, dòng ma sát của phoi dây lên thành lỗ khoan khi phoi thoát ra sẽ cào xƣớc vào bề mặt lỗ khoan làm tăng độ nhám bề mặt lỗ khoan. Ma sát lớn giữa phoi dây với mặt trƣớc, với rãnh xoắn mũi khoan và với thành lỗ khoan còn làm cho nhiệt cắt tăng nhanh, gây mòn mũi khoan và cháy xém bề mặt lỗ khoan. Do hiện tƣợng phoi dây gây ma sát lớn nên khi khoan, thành phần lực cắt hƣớng kính xuất hiện còn làm tăng hiện tƣợng lay rộng lỗ, méo lỗ và làm tăng độ không thẳng của lỗ khoan [3].
Để khắc phục các vấn đề trên, thông thƣờng, mũi khoan dùng để gia công nhôm và hợp kim nhôm cần có những lƣu tâm đặc biệt về mặt kết cấu và công
Thực hiện: Phan Văn Nghị 12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
nghệ chế tạo [4]. Tuy nhiên, trong đề tài này, một cách tiếp cận mới để giải quyết các vấn đề khi khoan các vật liệu dẻo đã đƣợc nghiên cứu. Đó chính là ứng dụng rung động cƣỡng bức vào quá trình khoan này. Đây là một vấn đề không mới trên thế giới nhƣng rất mới tại Việt Nam, chƣa có một ứng dụng nào về rung động trong gia công đƣợc triển khai. Đề tài này tập trung nghiên cứu lý thuyết về các ƣu điểm vƣợt trội khi khoan vật liệu dẻo có rung động trợ giúp và thiết kế, chế tạo một cơ cấu tạo rung động cho khoan và tiến hành thử nghiệm để hiện thực hóa gia công có rung động trợ giúp tại Việt Nam.
0.2. Các kết quả nghiên cứu gần đây
Kỹ thuật cắt tích hợp rung (Ultrasonic vibration cutting – UVC) chính là một quá trình cắt tiên tiến đã đƣợc ứng dụng từ những năm 1960. Trong kỹ thuật cắt này, công cụ cắt truyền thống dao động với tần số siêu âm bởi đặc tính của các PZT(Voronin và Marknov, 1960; Isaev và Anokhin, 1961; Skelton 1968 & 1969, và các tác giả khác). Do có sự chuyển động gián đoạn giữa công cụ cắt và phôi nên lực cắt giảm rõ rệt, làm tăng tuổi thọ công cụ cắt và cải thiện đƣợc tính ổn định khi cắt cũng nhƣ độ chính xác gia công, chất lƣợng bề mặt...(Skelton 1969; Kumabe và cộng sự, 1984 & 1989; Kim và Choi, 1997; Shamoto và Moriwaki, 1994; Xiao và cộng sự’ 2002; Suzuki và cộng sự, 2004; Ma và cộng sự). Khi các chi tiết với các bề mặt cần gia công tinh có thể đƣợc sản xuất bằng hệ thống phôi – công cụ cắt đơn lẻ thì kỹ thuật cắt gọt này giảm đƣợc cả thời gian gia công (5- 10 %) và giá thành gia công (gần 30%) và tất nhiên làm tăng năng suất gia công (Ma và cộng sự, 2004). Các nghiên cứu còn chỉ ra rằng, công cụ kim cƣơng có thể ứng dụng trong kỹ thuật UVC để gia công chính xác thép không gỉ, thép làm khuôn, trong khi các phƣơng pháp truyền thống rất khó thực tế do tác động hóa học cao hơn giữa kim cƣơng và Các bon (Moriwaki và Shamoto, 1991; Shamoto và cộng sự, 1997& 1999). Hơn nữa, kỹ thuật UVC có thể khắc đƣợc các khó khăn về tính kinh tế trong các phƣơng pháp gia công truyền thống nhƣ đã đƣợc đề cập ở trên và nó còn có thể nhận đƣợc độ chính xác gia công cao cho nhiều loại vật liệu gia công khác nhau (Skelton và cộng sự, 1969; Kumabe và cộng sự, 1979; Gao và cộng sự, 2002; Shamoto và Moriwaki, 1994; Baibitsky và cộng sự
Thực hiện: Phan Văn Nghị 13
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
2002; Suzuki và cộng sự, 2004 & 2007). Với các lý do đó, công nghệ UVC đã nhận đƣợc rất nhiều sự quan tâm từ các nhà nghiên cứu và các nhà chế tạo trong tất cả các công nghệ gia công.
Ngày nay, nguyên lý của kỹ thuật UVC đang đƣợc kết hợp với các phƣơng pháp gia công khác, nhƣ khoan, phay, mài, -EDM, mài giũa, đánh bóng...để tạo ra các lợi ích mong muốn (Guo và cộng sự, 1997; Egashira và cộng sự, 2002; Gao và Liu, 2003; Moriwaki và cộng sự, 2004; Jaitana và cộng sự, 2004 & 2005; Suzuki và cộng sự, 2006) [5].
Khi khoan nhôm và hợp kim nhôm, ngoài vấn đề ma sát thì vấn đề ba via cũng là một vấn đề lớn. Nghiên cứu của K. Adachi và cộng sự đã chỉ ra rằng, khi khoan các loại vật liệu dẻo nhƣ nhôm và hợp kim nhôm, thƣờng xuất hiện các ba via ở mép đầu và đặc biệt là ở mép cuối lỗ khoan làm giảm chất lƣợng lỗ khoan và thƣờng sau khi khoan cần có các nguyên công phụ để xử lý các ba via đó. Ngoài ra, với các loại vật liệu dẻo nhƣ nhôm và hợp kim nhôm, do hiện tƣợng phoi dây gây ma sát lớn nên khi khoan, thành phần lực cắt hƣớng kính xuất hiện làm đẩy mũi khoan làm lay rộng lỗ, méo lỗ và xiên lỗ [6].
Gần đây, đã có những nghiên cứu về kỹ thuật khoan tích hợp rung động cƣỡng để khắc phục những hạn chế trên [3, 5-13]. Nguyên lý chung của kỹ thuật này là đƣa thêm vào quá trình cắt một nguồn rung động chủ động với biên độ f và biên độ dao động A (A= 2- 30 m) theo hƣớng chuyển động chạy dao của công cụ hay phôi. Quá trình cắt nhƣ thế này chính là điều khác biệt của khoan rung và quá trình này gọi là khoan tích hợp rung động. Bản chất của kỹ thuật này chính là tạo ra sự dao động tƣơng đối gữa công cụ cắt và phôi gia công. Do vậy,
có thể đặt nguồn rung động lên phôi hay công cụ cắt tùy vào từng điều kiện cụ thể.
Nghiên cứu của Gwo-Lianq Chern và Han-Jou Lee đã chỉ ra rằng độ tròn, độ lay rộng lỗ và độ xiên của lỗ khi khoan hợp kim nhôm Al 6061-T6 và thép kết cấu SS41 đã đƣợc cải thiện rõ rệt (độ lay rộng lỗ có thể đạt dƣới 2m khi tần số rung lớn hơn 10kHz) khi khoan có rung động trợ giúp [7]. B. Azarhoushang, J. AkbariA và các nhà khoa học khác đã tiến hành nghiên cứu về gia công tích hợp
Thực hiện: Phan Văn Nghị 14
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
rung. Kết quả đã cho thấy, nguồn rung động với tần số càng cao (tần số siêu âm) thì hiệu quả của quá trình gia công càng cao [8].
Gia công tích hợp rung siêu âm là phƣơng pháp gia công có nguồn rung động trợ giúp với tần số rung động từ 13-15 kHz trở lên, chỉ áp dụng cho các loại vật liệu dòn [8]. Tuy nhiên, khoan với siêu âm trợ giúp lại là phƣơng pháp kết hợp kết hợp rung siêu âm với khoan truyền thống nên có thể gia công hiệu quả với cả vật liệu dòn và vật liệu dẻo. Nhiều nghiên cứu khác nhau đã có nhiều cải
tiến đáng kể về lực dọc trục khi khoan, kích thƣớc các ba via, mài mòn mũi khoan, giảm ồn, chất lƣợng bề mặt sau khoan.
Chang và Bone đã chỉ ra rằng khoan nhôm với rung siêu âm có thể giảm đáng kể các ba via [9]. Neugebauer và Stoll đã thực nghiệm và chỉ ra rằng khi khoan siêu âm hợp kim nhôm thì cả lực cắt và mô men đều giảm đến 30-50%, lực cắt tác dụng lên lƣỡi cắt chính cũng giảm làm tăng tuổi thọ công cụ cắt lên đến 20 lần so với khoan truyền thống. Zhang và các cộng sự đã nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để chỉ ra rằng, tồn tại một điều kiện cắt tối ƣu để giảm thiểu lực cắt và mô men xoắn khi khoan [10]. Còn Onikura và các cộng sự đã sử dụng một Piezoelectric (PZT) để tạo ra đƣợc tần số rung 40 kHz cho trục mũi khoan. Họ thấy rằng, việc sử dụng rung siêu âm đã làm giảm ma sát giữa phoi và mặt trƣớc dụng cụ, điều này làm cho phoi mỏng hơn nên lực cắt sẽ nhỏ hơn [11, 12]. Jin và Murakawa thấy rằng, mẻ lƣỡi cắt có thể đƣợc ngăn ngừa hiệu quả với việc áp dụng rung siêu âm và do vậy tăng đƣợc tuổi thọ công cụ cắt. Takeyama và Kato thấy rằng, lực cắt trung bình khi khoan cũng giảm khi kết hợp với rung siêu âm. Phoi khi khoan mỏng hơn và dễ bóc tách hơn. Các ba via hình thành ở
phần vào và ra giảm rất nhiều do lực cắt thấp [13].
Nhƣ vậy, nói chung chất lƣợng tổng thể của phƣơng pháp khoan đƣợc cải
thiện đáng kể với sự trợ giúp của rung siêu âm. Việc sử dụng rung siêu âm trong các quá trình gia công đã tạo ra nhiều ƣu thế cho gia công các loại vật liệu khó gia công. Tuy nhiên, để tạo ra đƣợc quá trình khoan tích hợp siêu âm, cần có thiết bị tạo siêu âm gồm các tấm Piezoelectric và máy phát xung. Các thiết bị này đắt tiền và lắp nối khá phức tạp. Nhiều tác giả nghiên cứu và thấy rằng, gia công
Hình 4.20.Chất lượng bề mặt lỗ và ba via mép cuối lỗ khoan:
a. Khoan thường, b. Khoan rung
Khi khoan không có tích hợp rung động, nhất là đối với các loại vật liệu dẻo
nhƣ nhôm và hợp kim của chúng, do tính dẻo của vật liệu gia công nên phoi thoát ra ma sát rất lớn với mặt trƣớc mũi khoan, với rãnh xoắn và cả thành lỗ khoan làm nhiệt độ tại vùng cắt và khu vực phoi ma sát với thành lỗ tăng lên rất lớn, gây cháy xém bề mặt lỗ khoan. Hơn nữa, phoi dây thoát ra còn cào xƣớc mãnh liệt lên thành lỗ gây nên các vết cào xƣớc làm tăng độ nhấp nhô bề mặt lỗ. Trên hình 4.19.a và hình 4.20.a, bề mặt thành lỗ khoan xuất hiện nhiều vùng màu đen, đó chính là những khu vực cháy xém do nhiệt cắt cao. Càng về cuối lỗ thì tần suất xuất hiện cháy xém càng cao do lỗ khoan càng sâu, phoi càng khó thoát nên nhiệt cắt càng lớn. Hình 4.19.b và hình 4.20.b thể hiện chất lƣợng bề mặt lỗ khoan khi khoan tích hợp rung động. Ở đây, hiện tƣợng cháy xém bề mặt lỗ giảm rõ rệt, các vết xƣớc trên thành lỗ cũng ít xuất hiện hơn khi khoan thƣờng. Bề mặt lỗ ít cháy xém do khi khoan tích hợp rung, phoi tạo ra là phoi vụn nên ma sát phoi với thành lỗ giảm và thời gian tiếp xúc thực giữa công cụ cắt và phoi giảm (gián đoạn theo rung động) nên điều kiện thoát nhiệt đƣợc cải thiện. Hiệu quả là nhiệt cắt khi khoan rung giảm đáng kể. Ngoài ra, khi khoan rung, phoi vụn thoát
Thực hiện: Phan Văn Nghị 98
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
ra dễ dàng nên sự cào xƣớc của phoi lên thành lỗ cũng giảm, kết quả là nhấp nhô bề mặt giảm đáng kể so với khoan thƣờng.
Quan sát ảnh chụp trên hình 4.20.a thấy rằng, ở mép cuối bề mặt lỗ, ba via xuất hiện với kích thƣớc lớn làm giảm chất lƣợng quá trình khoan và cần có nguyên công phụ để loại bỏ các ba via này. Hiện tƣợng ba via xuất hiện nhiều khi khoan các vật liệu dẻo. Khi mũi khoan tiến về phía cuối mép lỗ, do phần thể tích vật liệu gia công phần cuối lỗ ít đƣợc giữ bởi khối vật liệu chi tiết, hơn nữa, do tính dẻo của vật liệu cao nên thể tích vật liệu này hầu nhƣ không bị cắt mà bị đẩy xuống theo chuyển động của mũi khoan, tạo ra ba via ở mép cuối lỗ. Với trƣờng hợp khoan có rung động trợ giúp, kích thƣớc ba via này giảm đáng kể, nhƣ thể hiện trên hình 4.20.b. Nhờ có thêm chuyển động dao động của rung, quá trình cắt phoi (tạo phoi) khi khoan rung xảy ra khác với khoan thƣờng. Khi khoan thƣờng, vật liệu phải trải qua các bƣớc là biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo rồi mới đến biến dạng phá hủy (đứt phoi). Vật liệu gia công là vật liệu dẻo nên cả quá trình biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo đều dài. Nhƣng với khoan rung, quá trình biến dạng dẻo sẽ ngắn hơn, phoi nhanh bị đứt hơn do chịu tác động của năng lƣợng do rung động tạo ra. Do đó, phần thể tích kim loại ở cuối mép lỗ dễ bị đứt hơn so với khoan thƣờng.
4.4. Kết luận chương
Chƣơng này trình bày các bƣớc chuẩn bị thí nghiệm cũng nhƣ quá trình thí nghiệm khoan theo 2 phƣơng pháp: khoan thƣờng và khoan có rung động trợ giúp trên 2 mẫu phôi hợp kim nhôm A5052, thay mặt cho loại vật liệu dẻo. Sau khi thí nghiệm, tiến hành đo đƣờng kính tất cả các mẫu khoan để tiến hành xử lý kết quả trên phần mềm Minitab16.0. Kết quả đo đạc, xử lý số liệu cho kết luận quan trọng: Khoan có rung động trợ giúp có thể giảm độ lay rộng lỗ đến 3 lần so với khoan thƣờng; còn với việc giảm độ không tròn của lỗ khoan, phƣơng pháp khoan rung giảm đƣợc 2 lần so với khoan thƣờng. Các kết quả thí nghiệm còn chứng tở rằng, khoan có rung động trợ giúp cải thiện đáng kể độ ổn định kích thƣớc lỗ khoan, độ xiên lỗ, dạng phoi, chất lƣợng bề mặt cũng nhƣ vấn đề ba via thành lỗ so với phƣơng pháp khoan thƣờng.
Thực hiện: Phan Văn Nghị 99
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
Các kết quả chính đã đạt được
Hai cơ cấu tạo rung động trợ giúp cho khoan theo 2 nguyên lý tạo rung động là rung dựa trên nguyên lý li tâm cơ khí (tần số thấp) và rung siêu âm (tần số cao) đã đƣợc phân tích, lựa chọn thiết kế và chế tạo cũng nhƣ thực nghiệm khoan trên hợp kim nhôm. Các cơ cấu đƣợc thiết kế nhỏ gọn, vận hành dễ dàng nhƣng vẫn đảm bảo đƣợc khả năng làm việc trong điều kiện thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm đã khẳng định đƣợc sự vƣợt trội của phƣơng pháp khoan có rung động trợ giúp so với phƣơng pháp khoan thông thƣờng. Dƣới đây là các thành tựu cơ bản đề tài đã đạt đƣợc:
Tổng quan về cơ sở và các nghiên cứu đã triển khai về rung động trợ giúp gia công cơ nói chung và nguyên công khoan nói riêng;
Thiết kế, chế tạo đƣợc 2 cơ cấu tạo rung với 2 nguyên lý khác nhau: cơ cấu tạo rung theo nguyên lý li tâm cơ khí và cơ cấu tạo rung dựa trên hiệu ứng áp điện;
Vận hành và thu thập số liệu thực nghiệm cơ cấu rung trợ giúp khoan hợp kim nhôm;
Khẳng định đƣợc tính ƣu việt của khoan có rung động trợ giúp so với khoan thƣờng thông qua việc phân tích có hệ thống các số liệu thực nghiệm ;
Khái quát hóa khả năng chủ động công nghệ tạo rung động trợ giúp nguyên công khoan các vật liệu dẻo.
Đề xuất các hướng nghiên cứu
Mặc dù nghiên cứu đã phân tích và chứng minh đƣợc những ƣu điểm vƣợt trội của khoan có rung động trợ giúp so với khoan thông thƣờng thông qua các thực nghiệm cụ thể trên cơ cấu tạo rung đã thiết kế, chế tạo nhƣng còn có một số vấn đề cần thiết đƣợc nghiên cứu và tìm hiểu sâu hơn cho cơ cấu này ở các bƣớc kế tiếp. Cụ thể là:
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Thiết kế chế tạo cơ cấu tạo rung động trợ giúp gia công cơ
Tóm tắt
Qua việc phân tích một cách hệ thống các ƣu điểm vƣợt trội của phƣơng pháp gia công có rung động trợ giúp và các nguyên lý tạo rung động, 2 cơ cấu tạo rung động đặt lên phôi khi khoan đã đƣợc mô hình, tính toán, thiết kế và chế tạo. Hai cơ cấu tạo rung này đƣợc thiết kế lần lƣợt theo 2 nguyên lý: Cơ cấu tạo rung theo nguyên lý li tâm cơ khí và cơ cấu tạo rung theo nguyên lý áp điện.
Cơ cấu tạo rung tần số thấp (khoảng 50 Hz) theo nguyên lý li tâm cơ khí đã đƣợc chọn để tạo rung động trợ giúp cho quá trình thí nghiệm khoan hợp kim nhôm. Cơ cấu lệch tâm đã chế tạo có thể tạo rung động với tần số từ 26 đến 60 Hz, biên độ từ 2 đến 12 micromet, đƣợc tích hợp vào hệ thống gia công nhằm tạo rung cho phôi theo phƣơng dọc trục mũi khoan. Các lỗ có đƣờng kính 1,5 mm, chiều sâu 13 mm (L/D = 9) đã đƣợc gia công đối chứng cả bằng khoan thƣờng và khoan có bổ sung rung động.
Các bộ thí nghiệm đã đƣợc thiết kế nhằm so sánh độ tròn, độ trụ và năng suất giữa hai chế độ gia công khoan truyền thống và khoan có rung động trợ giúp. Vấn đề kẹt phoi, gãy mũi khoan khi khoan nhôm và hợp kim nhôm gần nhƣ đã đƣợc khắc phục hoàn toàn. Số liệu thực nghiệm về độ lay động đƣờng kính và độ tròn lỗ khoan đƣợc phân tích so sánh thông qua kiểm nghiệm so sánh t (2 sample t-test) trên 36 mẫu đo. Kết quả cho thấy khoan có rung có thể làm giảm độ lay rộng đƣờng kính lỗ đến 3 lần, làm giảm độ không tròn của lỗ đến 2 lần so với khoan truyền thống.
Trên thế giới, rung động trợ giúp gia công thƣờng đƣợc thực hiện nhờ các bộ tạo rung dùng động cơ servo cồng kềnh hay các tinh thể áp điện rất đắt tiền. Kết quả nghiên cứu này đã đem lại khả năng chủ động thiết bị, công nghệ cho phƣơng pháp gia công có rung động trợ giúp trở nên rất hứa hẹn tại Việt Nam, khắc phục đƣợc vấn đề cơ bản về chủ động vật tƣ, thiết bị và giá thành.
Thực hiện: Phan Văn Nghị 3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
You must be registered for see links
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
Mục lục
Lời cam đoan .................................................................................................................... 1 Lời Thank ........................................................................................................................ 2 Tóm tắt .............................................................................................................................. 3 Các ký hiệu viết tắt ........................................................................................................... 7 Danh mục các hình ảnh..................................................................................................... 8 Danh mục các bảng, biểu ................................................................................................ 11 GIỚI THIỆU ................................................................................................................... 12
0.1. Vấn đề nghiên cứu .......................................................................................... 12
0.2. Các kết quả nghiên cứu gần đây ..................................................................... 13
0.3. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 16
0.4. Các kết quả đã đạt đƣợc .................................................................................. 16
0.5. Cấu trúc luận văn ............................................................................................ 17
Chƣơng 1 ........................................................................................................................ 19 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CÓ RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP ................................... 19 1.1. Giới thiệu ............................................................................................................. 19 1.2. Lịch sử ngành gia công có rung động trợ giúp .................................................... 19 1.3. Các phƣơng pháp gia công có rung động trợ giúp............................................... 21 1.3.1. Phƣơng pháp cắt tích hợp siêu âm kiểu truyền thống (CUVC) .................... 21 1.3.2. Phƣơng pháp cắt tích hợp rung siêu âm kiểu elip (UEVC) .......................... 22 1.3.3. So sánh giữa các phƣơng pháp: cắt truyền thống (CC), CUCV và UECV ... 23 1.4. Các phƣơng pháp tạo rung động trợ giúp gia công.............................................. 24 1.4.1. Tạo rung động bằng li tâm cơ khí ................................................................. 24 1.4.3. Tạo rung động bằng truyền dẫn lệch tâm ..................................................... 27 1.4.4. Tạo rung động bằng truyền dẫn khí nén hay thủy lực .................................. 28 1.4.5. Tạo rung động bằng việc ứng dụng hiệu ứng áp điện................................... 28 1.4.5.1. Hiệu ứng áp điện trong vật liệu gốm .............................................. 28 1.4.5.2. Các tính toán cơ bản về các cơ cấu PZT ......................................... 30 1.4.5.3. Các cơ cấu PZT với độ bền thấp và tải nhỏ ........................................... 31 1.5. So sánh, lựa chọn phƣơng pháp tạo rung để thiết kế, chế tạo và thử nghiệm. 34 1.6. Kết luận chƣơng.............................................................................................. 35 Chƣơng 2 ........................................................................................................................ 37 CÁC KHÓ KHĂN KHI KHOAN LỖ NHỎ .................................................................. 37 TRÊN HỢP KIM NHÔM ............................................................................................... 37 2.1. Giới thiệu ............................................................................................................. 37 2.2. Các ứng dụng của nhôm và hợp kim nhôm ......................................................... 37 2.1.2. Tính gia công của hợp kim nhôm ................................................................. 41 2.3. Các vấn đề khi gia công hợp kim nhôm .............................................................. 42 2.3.1. Các vấn đề chung .......................................................................................... 42 2.3.1.1. Lực cắt khi gia công hợp kim nhôm ...................................................... 42 2.3.1.2. Sự hình thành và tách phoi..................................................................... 42 2.3.2. Các vấn đề khi khoan nhôm và hợp kim nhôm ............................................ 44 2.3.2.1. Biến dạng phoi khi khoan ............................................................... 45 2.3.2.2. Lực di chuyển phoi cho phoi xoắn ốc .................................................... 48 2.3.2.3. Lực di chuyển phoi cho phoi dải............................................................ 50 2.3.2.4. Ảnh hƣởng của thông số hình học mũi khoan đến sự tạo thành phoi xoắn ốc......................................................................................................................... 51
Thực hiện: Phan Văn Nghị 4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
You must be registered for see links
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
2.3.2.5. Ảnh hƣởng của thông số mũi khoan đến sự hình thành phoi dạng dải .. 53 2.4. Ứng dụng rung động cho nguyên công khoan các loại vật liệu dẻo .................... 54 2.4.1. Mô hình toán cho khoan rung ................................................................. 54 2.4.2. Khả năng bẻ phoi khi khoan có rung động trợ giúp ..................................... 56 2.5. Kết luận chƣơng.............................................................................................. 57 Chƣơng 3 ........................................................................................................................ 58 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CƠ CẤU TẠO RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP KHOAN ............. 58 3.1. Giới thiệu ............................................................................................................. 58 3.2. Mô hình rung động trợ giúp nguyên công khoan ................................................ 58 3.3. Thiết kế, chế tạo bộ tạo rung động theo hiệu ứng áp điện cho khoan ................. 59 3.3.1. Lựa chọn, tính toán các PZT ......................................................................... 60 3.3.2. Bệ gá cơ sở.................................................................................................... 61 3.3.3. Ống kẹp......................................................................................................... 62 3.3.4. Ống truyền rung động ................................................................................... 63 3.4. Thiết kế, chế tạo bộ tạo rung động theo nguyên lý li tâm cơ khí cho khoan ....... 65 3.4.1. Động cơ điện một chiều (chi tiết số 1).......................................................... 67 3.4.2. Bánh lệch tâm (chi tiết số 7) ......................................................................... 68 3.4.3. Quả nặng để thay đổi khối lƣợng lệch tâm (chi tiết số 8) ............................. 69 3.4.4. Bệ gá cơ sở ( chi tiết số 5) ............................................................................ 70 3.4.5. Giá đỡ sống dẫn hƣớng chữ V (chi tiết số 9) ................................................ 71 3.4.6. Sống dẫn hƣớng chữ V (chi tiết số 3) ........................................................... 72 3.4.7. Các lò xo duy trì rung động (chi tiết số 4) .................................................... 72 3.4.8. Tấm gá động cơ - Rãnh dẫn hƣớng chữ V (chi tiết số 2).............................. 74 3.4.9. Ống gá động cơ ............................................................................................. 75 3.4.10. Đồ gá kẹp phôi gia công (chi tiết 11).......................................................... 76 3.4.11. Lắp ghép các chi tiết để tạo thành cơ cấu hoàn chỉnh ................................ 76 3.4.12.Tính toán lực quán tính li tâm để tạo ra và duy trì rung động ..................... 77 3.5. Kết luận chƣơng................................................................................................... 81 Chƣơng 4 ........................................................................................................................ 83
THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP KHOAN HỢP KIM NHÔM .......................................................................................................... 83 4.1. Giới thiệu ............................................................................................................. 83 4.2. Thiết lập thí nghiệm ........................................................................................ 83 4.2.1. Các trang thiết bị thí nghiệm......................................................................... 83 4.2.2. Lắp đặt các thiết bị thí nghiệm...................................................................... 88 4.2.3. Trình tự thực hiện thí nghiệm ....................................................................... 88 4.3. Kết quả thí nghiệm............................................................................................... 89 4.3.1. Đặc tính của phoi .......................................................................................... 89 4.3.2. Độ lay rộng lỗ khoan .................................................................................... 90 4.3.3. Độ không tròn của lỗ khoan.......................................................................... 93 4.3.4. Độ ổn định của kích thƣớc lỗ khoan ............................................................. 96 4.3.5. Độ xiên của lỗ khoan .................................................................................... 97 4.3.6. Chất lƣợng bề mặt lỗ sau khoan và vấn đề ba via ở mép cuối lỗ khoan....... 97 4.4. Kết luận chƣơng.............................................................................................. 99 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ......................................................................................... 100 Các kết quả chính đã đạt đƣợc .................................................................................. 100 Đề xuất các hƣớng nghiên cứu ................................................................................. 100 Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ 102
Thực hiện: Phan Văn Nghị 5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
You must be registered for see links
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 105
Thực hiện: Phan Văn Nghị 6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
You must be registered for see links
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
Các ký hiệu viết tắt
UVC Gia công với rung siêu âm (Ultrasonic Vibration Cutting)
CUVC Gia công với rung siêu âm kiểu truyền thống (Conventional
Ultrasonic Vibration Cutting)
UEVC Gia công với rung siêu âm kiểu elip (Ultrasonic Elip Vibration
Cutting)
PZT Cơ cấu chuyển đổi áp điện (Piezoelectric Transducers)
PZT-4 (Một loại cơ cấu chuyển đổi áp điện)
ELID Quá trình mài sửa đá bằng điện phân (Electrolytic In Process
Dressing)
USM Gia công siêu âm (Ultrasonic Machining)
EDM Gia công bằng tia lửa điện (Electrical Discharge Machining) ECM Gia công bằng điện hóa (Electrochemical Machining)
Thực hiện: Phan Văn Nghị 7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
You must be registered for see links
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
TT hình
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8
Danh mục các hình ảnh
Nội dung
Mô hình đặt rung động vào hệ thống gia công
Mô hình cắt rung theo kiểu elip
Nguyên lý hình thành lực ly tâm
Nguyên lý tạo rung bằng lực từ trƣờng
Cơ cấu tạo rung động bằng lực từ trƣờng
Tạo rung bằng truyền dẫn lệch tâm dùng cho máy tải rung 27 Tạo rung bằng thủy lực, khí nén 28
29 Hiệu ứng áp điện thuận và nghịch xảy ra trên vật liệu áp điện 30 Quan hệ giữa lực cản và hành trình (biên độ) 31 Ứng xử của một PZT làm việc theo hƣớng trục 31 PZT đơn trong công nghiệp 33 Các PZT xếp chồng 34 Một số ứng dụng thực tế của hợp kim nhôm 38 Các sản phẩm ứng dụng của hợp kim nhôm A5052 40 Mức độ ảnh hƣởng của tốc độ cắt và lƣợng chạy dao đến lực cắt 42 Phoi khi khoan vật liệu dẻo 43 Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến dạng phoi dạng phoi 44 Các kích thƣớc phoi khác nhau trong thí nghiệm 48
Trang
22 23 24 26 27
Hiện ứng áp điện
Phân tích lực khi khoan có phoi dạng xoắn ốc Phoi dải chuyển động trong rãnh xoắn
48 51
8
Thực hiện: Phan Văn Nghị
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
You must be registered for see links
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
2.9 Trạng thái ban đầu của phoi xoắn ốc
2.10 Hình dạng phoi dạng dải
52 53
2.11 Mô hình quỹ đạo 2 lƣỡi cắt mũi khoan khi khoan 55
3.1 Mô hình khoan với rung động trợ giúp 58
3.2 Mô hình tạo rung theo hiệu ứng áp điện 59
3.3 Kích thƣớc PZT và cách đấu điện áp 61
3.4 Chồng PZT- đã ghép nối 61
3.5 Bệ gá cơ sở của cơ cấu tạo rung 62
3.6 Ống kẹp của cơ cấu tạo rung 63
3.7 Ống truyền rung động của cơ cấu tạo rung 64
3.8 Lắp ghép cơ cấu tạo rung động bằng các PZT 64
3.9 Máy phát điện áp xung, công suất 1200W 65
3.10 (Mô hình hóa cơ cấu rung bằng lệch tâm cơ khí 65
3.11 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu tạo rung động trên phôi cho khoan 66
3.12 Mô hình các chi tiết của cơ cấu tạo rung động 67
3.13 Động cơ dẫn động quay lệch tâm 68
3.14 Bộ biến áp và chuyển đổi dòng điện từ xoay chiều sang một chiều 68
3.15 Bản vẽ thiết kế bánh lệch tâm 69
3.16 Các cặp quả nặng để tăng khối lƣợng lệch tâm: 69
3.17 Bản vẽ chế tạo chi tiết bệ gá cơ sở
3.18 Giá đỡ sống dấn hƣớng chữ V
3.19 Sống dẫn hƣớng chữ V
3.20 Lò xo duy trì rung động
3.21 Cụm chi tiết I sau khi chế tạo, lắp ráp
3.22 Tấm gá động cơ, phôi và rãnh dẫn hƣớng
3.23 Ống gá động cơ
3.24 Động cơ đƣợc lắp vào tấm gá sau khi chế tạo
3.25 Đồ gá kẹp phôi
Thực hiện: Phan Văn Nghị
71
71
72
73
74
75
76
76
77
9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
You must be registered for see links
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
3.26 Cơ cấu tạo rung động theo nguyên lý li tâm cơ khí 78
3.27 Các lực tác dụng lên phôi gia công 78
3.28 Xác định tọa độ khối tâm 79
3.29 Các lực cắt khi khoan 81
4.1 Máy phay đứng Mazak M-800 84
4.2 Mũi khoan xoắn P18, D1.5 dùng cho thí nghiệm 85
4.3 Cơ cấu tạo rung động cho nguyên công khoan 85
4.4 Phôi hợp kim nhôm gá đặt khi thí nghiệm 86
4.5 Kính hiển vi điện tử VEGA SBU EasyProbe 86
4.6 Máy cắt dây CW322S 87
4.7 Đồng hồ so 87
4.8 Lắp đặt cơ cấu tạo rung lên máy phay 88
4.9 Thực hiện quá trình thí nghiệm khoan thƣờng 89
4.10 Thực hiện quá trình thí nghiệm khoan có rung động trợ giúp 89
4.11 Phoi dây khi khoan thƣờng
4.12 Phoi vụn khi khoan có rung động trợ giúp
4.13
4.14 Tính toán số lƣợng mẫu thí nghiệm cần thiết
4.15 Kết quả so sánh độ lay rộng
4.16
4.17 Kết quả so sánh độ không tròn
4.19 Hiện tƣợng xiên lỗ khoan: a. Khoan thƣờng,
4.20 Chất lƣợng bề mặt lỗ và ba via mép cuối lỗ khoan 97
Thực hiện: Phan Văn Nghị 10
90 90
91 91 93
93 95
Lỗ khoan thí nghiệm (tỷ lệ 10:1): a. Khoan thường, b. Khoan rung
Hiện tƣợng lỗ không tròn (tỷ lệ 10:1): a. Khoan thƣờng, b. Khoan rung
4.18
Phân bố độ lay rộng lỗ; nét liền cho lỗ khoan thƣờng, nét đứt cho lỗ khoan rung
96
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
You must be registered for see links
b. Khoan rung 97
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
TT bảng
1.1 2.1 2.2 3.1 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
Danh mục các bảng, biểu
Nội dung
Trang
24
40
41
73
84
84
85
86
92
95
So sánh các phƣơng pháp gia công tích hợp rung siêu âm.
Phôi hợp kim nhôm tấm với thành phần hóa học cơ bản
Cơ tính của hợp kim nhôm A5052
Kết quả thử chuyển vị của lò xo
Thông số cơ bản của máy phay sử dụng thí nghiệm
Thông số mũi khoan thí nghiệm
Thành phần hợp kim nhôm A5052 thí nghiệm
Cơ tính của phôi gia công
Độ lay rộng lỗ khoan cho cả 2 phƣơng pháp khoan
Độ không tròn của lỗ khoan cho cả 2 phƣơng pháp khoan
Thực hiện: Phan Văn Nghị
11
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
You must be registered for see links
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
GIỚI THIỆU
Phần này giới thiệu các cơ sở lý luận và tính cấp thiết để thực hiện đề tài nghiên cứu, các mục tiêu và tóm tắt các kết quả đã đạt đƣợc. Mục 0.1 trình bày về vấn đề nghiên cứu, hay tính cấp thiết của đề tài. Mục 0.2 tóm tắt các thông tin tổng quan về các kết quả nghiên cứu gần đây trên thế giới về gia công có rung động trợ giúp. Các mục tiêu cụ thể của nghiên cứu đƣợc thể hiện trong mục 0.3. Mục 0.4 tóm tắt các kết quả chính đã đạt đƣợc về cả lý thuyết và thực nghiệm. Mục cuối cùng giới thiệu cấu trúc của luận văn.
0.1. Vấn đề nghiên cứu
Hiện nay, hợp kim nhôm đang đƣợc sử dụng ngày càng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp. Gia công cắt gọt hợp kim nhôm nói chung thƣờng dễ dàng và có năng suất cắt cao hơn so với gia công thép và các hợp kim đen. Tuy nhiên, do tính dẻo của hợp kim nhôm, gia công khoan vật liệu này thƣờng gặp phải các vấn đề về năng suất và chất lƣợng lỗ khoan [1]. Trong quá trình khoan, phoi không thể thoát ra khỏi vùng cắt một cách tự do nhƣ trong các dạng gia công khác. Phoi (thƣờng là phoi dây) có ma sát mạnh với mặt trƣớc mũi khoan, rãnh xoắn thoát phoi và thành lỗ khoan, càng cản trở dòng phoi thoát ra, bám chặt vào rãnh xoắn làm tăng mô men xoắn và do vậy lực ma sát làm tăng đáng kể lực cắt [2]. Điều này có thể gây kẹt hay gãy mũi khoan. Hơn nữa, dòng ma sát của phoi dây lên thành lỗ khoan khi phoi thoát ra sẽ cào xƣớc vào bề mặt lỗ khoan làm tăng độ nhám bề mặt lỗ khoan. Ma sát lớn giữa phoi dây với mặt trƣớc, với rãnh xoắn mũi khoan và với thành lỗ khoan còn làm cho nhiệt cắt tăng nhanh, gây mòn mũi khoan và cháy xém bề mặt lỗ khoan. Do hiện tƣợng phoi dây gây ma sát lớn nên khi khoan, thành phần lực cắt hƣớng kính xuất hiện còn làm tăng hiện tƣợng lay rộng lỗ, méo lỗ và làm tăng độ không thẳng của lỗ khoan [3].
Để khắc phục các vấn đề trên, thông thƣờng, mũi khoan dùng để gia công nhôm và hợp kim nhôm cần có những lƣu tâm đặc biệt về mặt kết cấu và công
Thực hiện: Phan Văn Nghị 12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
You must be registered for see links
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
nghệ chế tạo [4]. Tuy nhiên, trong đề tài này, một cách tiếp cận mới để giải quyết các vấn đề khi khoan các vật liệu dẻo đã đƣợc nghiên cứu. Đó chính là ứng dụng rung động cƣỡng bức vào quá trình khoan này. Đây là một vấn đề không mới trên thế giới nhƣng rất mới tại Việt Nam, chƣa có một ứng dụng nào về rung động trong gia công đƣợc triển khai. Đề tài này tập trung nghiên cứu lý thuyết về các ƣu điểm vƣợt trội khi khoan vật liệu dẻo có rung động trợ giúp và thiết kế, chế tạo một cơ cấu tạo rung động cho khoan và tiến hành thử nghiệm để hiện thực hóa gia công có rung động trợ giúp tại Việt Nam.
0.2. Các kết quả nghiên cứu gần đây
Kỹ thuật cắt tích hợp rung (Ultrasonic vibration cutting – UVC) chính là một quá trình cắt tiên tiến đã đƣợc ứng dụng từ những năm 1960. Trong kỹ thuật cắt này, công cụ cắt truyền thống dao động với tần số siêu âm bởi đặc tính của các PZT(Voronin và Marknov, 1960; Isaev và Anokhin, 1961; Skelton 1968 & 1969, và các tác giả khác). Do có sự chuyển động gián đoạn giữa công cụ cắt và phôi nên lực cắt giảm rõ rệt, làm tăng tuổi thọ công cụ cắt và cải thiện đƣợc tính ổn định khi cắt cũng nhƣ độ chính xác gia công, chất lƣợng bề mặt...(Skelton 1969; Kumabe và cộng sự, 1984 & 1989; Kim và Choi, 1997; Shamoto và Moriwaki, 1994; Xiao và cộng sự’ 2002; Suzuki và cộng sự, 2004; Ma và cộng sự). Khi các chi tiết với các bề mặt cần gia công tinh có thể đƣợc sản xuất bằng hệ thống phôi – công cụ cắt đơn lẻ thì kỹ thuật cắt gọt này giảm đƣợc cả thời gian gia công (5- 10 %) và giá thành gia công (gần 30%) và tất nhiên làm tăng năng suất gia công (Ma và cộng sự, 2004). Các nghiên cứu còn chỉ ra rằng, công cụ kim cƣơng có thể ứng dụng trong kỹ thuật UVC để gia công chính xác thép không gỉ, thép làm khuôn, trong khi các phƣơng pháp truyền thống rất khó thực tế do tác động hóa học cao hơn giữa kim cƣơng và Các bon (Moriwaki và Shamoto, 1991; Shamoto và cộng sự, 1997& 1999). Hơn nữa, kỹ thuật UVC có thể khắc đƣợc các khó khăn về tính kinh tế trong các phƣơng pháp gia công truyền thống nhƣ đã đƣợc đề cập ở trên và nó còn có thể nhận đƣợc độ chính xác gia công cao cho nhiều loại vật liệu gia công khác nhau (Skelton và cộng sự, 1969; Kumabe và cộng sự, 1979; Gao và cộng sự, 2002; Shamoto và Moriwaki, 1994; Baibitsky và cộng sự
Thực hiện: Phan Văn Nghị 13
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
You must be registered for see links
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
2002; Suzuki và cộng sự, 2004 & 2007). Với các lý do đó, công nghệ UVC đã nhận đƣợc rất nhiều sự quan tâm từ các nhà nghiên cứu và các nhà chế tạo trong tất cả các công nghệ gia công.
Ngày nay, nguyên lý của kỹ thuật UVC đang đƣợc kết hợp với các phƣơng pháp gia công khác, nhƣ khoan, phay, mài, -EDM, mài giũa, đánh bóng...để tạo ra các lợi ích mong muốn (Guo và cộng sự, 1997; Egashira và cộng sự, 2002; Gao và Liu, 2003; Moriwaki và cộng sự, 2004; Jaitana và cộng sự, 2004 & 2005; Suzuki và cộng sự, 2006) [5].
Khi khoan nhôm và hợp kim nhôm, ngoài vấn đề ma sát thì vấn đề ba via cũng là một vấn đề lớn. Nghiên cứu của K. Adachi và cộng sự đã chỉ ra rằng, khi khoan các loại vật liệu dẻo nhƣ nhôm và hợp kim nhôm, thƣờng xuất hiện các ba via ở mép đầu và đặc biệt là ở mép cuối lỗ khoan làm giảm chất lƣợng lỗ khoan và thƣờng sau khi khoan cần có các nguyên công phụ để xử lý các ba via đó. Ngoài ra, với các loại vật liệu dẻo nhƣ nhôm và hợp kim nhôm, do hiện tƣợng phoi dây gây ma sát lớn nên khi khoan, thành phần lực cắt hƣớng kính xuất hiện làm đẩy mũi khoan làm lay rộng lỗ, méo lỗ và xiên lỗ [6].
Gần đây, đã có những nghiên cứu về kỹ thuật khoan tích hợp rung động cƣỡng để khắc phục những hạn chế trên [3, 5-13]. Nguyên lý chung của kỹ thuật này là đƣa thêm vào quá trình cắt một nguồn rung động chủ động với biên độ f và biên độ dao động A (A= 2- 30 m) theo hƣớng chuyển động chạy dao của công cụ hay phôi. Quá trình cắt nhƣ thế này chính là điều khác biệt của khoan rung và quá trình này gọi là khoan tích hợp rung động. Bản chất của kỹ thuật này chính là tạo ra sự dao động tƣơng đối gữa công cụ cắt và phôi gia công. Do vậy,
có thể đặt nguồn rung động lên phôi hay công cụ cắt tùy vào từng điều kiện cụ thể.
Nghiên cứu của Gwo-Lianq Chern và Han-Jou Lee đã chỉ ra rằng độ tròn, độ lay rộng lỗ và độ xiên của lỗ khi khoan hợp kim nhôm Al 6061-T6 và thép kết cấu SS41 đã đƣợc cải thiện rõ rệt (độ lay rộng lỗ có thể đạt dƣới 2m khi tần số rung lớn hơn 10kHz) khi khoan có rung động trợ giúp [7]. B. Azarhoushang, J. AkbariA và các nhà khoa học khác đã tiến hành nghiên cứu về gia công tích hợp
Thực hiện: Phan Văn Nghị 14
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
You must be registered for see links
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
rung. Kết quả đã cho thấy, nguồn rung động với tần số càng cao (tần số siêu âm) thì hiệu quả của quá trình gia công càng cao [8].
Gia công tích hợp rung siêu âm là phƣơng pháp gia công có nguồn rung động trợ giúp với tần số rung động từ 13-15 kHz trở lên, chỉ áp dụng cho các loại vật liệu dòn [8]. Tuy nhiên, khoan với siêu âm trợ giúp lại là phƣơng pháp kết hợp kết hợp rung siêu âm với khoan truyền thống nên có thể gia công hiệu quả với cả vật liệu dòn và vật liệu dẻo. Nhiều nghiên cứu khác nhau đã có nhiều cải
tiến đáng kể về lực dọc trục khi khoan, kích thƣớc các ba via, mài mòn mũi khoan, giảm ồn, chất lƣợng bề mặt sau khoan.
Chang và Bone đã chỉ ra rằng khoan nhôm với rung siêu âm có thể giảm đáng kể các ba via [9]. Neugebauer và Stoll đã thực nghiệm và chỉ ra rằng khi khoan siêu âm hợp kim nhôm thì cả lực cắt và mô men đều giảm đến 30-50%, lực cắt tác dụng lên lƣỡi cắt chính cũng giảm làm tăng tuổi thọ công cụ cắt lên đến 20 lần so với khoan truyền thống. Zhang và các cộng sự đã nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để chỉ ra rằng, tồn tại một điều kiện cắt tối ƣu để giảm thiểu lực cắt và mô men xoắn khi khoan [10]. Còn Onikura và các cộng sự đã sử dụng một Piezoelectric (PZT) để tạo ra đƣợc tần số rung 40 kHz cho trục mũi khoan. Họ thấy rằng, việc sử dụng rung siêu âm đã làm giảm ma sát giữa phoi và mặt trƣớc dụng cụ, điều này làm cho phoi mỏng hơn nên lực cắt sẽ nhỏ hơn [11, 12]. Jin và Murakawa thấy rằng, mẻ lƣỡi cắt có thể đƣợc ngăn ngừa hiệu quả với việc áp dụng rung siêu âm và do vậy tăng đƣợc tuổi thọ công cụ cắt. Takeyama và Kato thấy rằng, lực cắt trung bình khi khoan cũng giảm khi kết hợp với rung siêu âm. Phoi khi khoan mỏng hơn và dễ bóc tách hơn. Các ba via hình thành ở
phần vào và ra giảm rất nhiều do lực cắt thấp [13].
Nhƣ vậy, nói chung chất lƣợng tổng thể của phƣơng pháp khoan đƣợc cải
thiện đáng kể với sự trợ giúp của rung siêu âm. Việc sử dụng rung siêu âm trong các quá trình gia công đã tạo ra nhiều ƣu thế cho gia công các loại vật liệu khó gia công. Tuy nhiên, để tạo ra đƣợc quá trình khoan tích hợp siêu âm, cần có thiết bị tạo siêu âm gồm các tấm Piezoelectric và máy phát xung. Các thiết bị này đắt tiền và lắp nối khá phức tạp. Nhiều tác giả nghiên cứu và thấy rằng, gia công
Hình 4.20.Chất lượng bề mặt lỗ và ba via mép cuối lỗ khoan:
a. Khoan thường, b. Khoan rung
Khi khoan không có tích hợp rung động, nhất là đối với các loại vật liệu dẻo
nhƣ nhôm và hợp kim của chúng, do tính dẻo của vật liệu gia công nên phoi thoát ra ma sát rất lớn với mặt trƣớc mũi khoan, với rãnh xoắn và cả thành lỗ khoan làm nhiệt độ tại vùng cắt và khu vực phoi ma sát với thành lỗ tăng lên rất lớn, gây cháy xém bề mặt lỗ khoan. Hơn nữa, phoi dây thoát ra còn cào xƣớc mãnh liệt lên thành lỗ gây nên các vết cào xƣớc làm tăng độ nhấp nhô bề mặt lỗ. Trên hình 4.19.a và hình 4.20.a, bề mặt thành lỗ khoan xuất hiện nhiều vùng màu đen, đó chính là những khu vực cháy xém do nhiệt cắt cao. Càng về cuối lỗ thì tần suất xuất hiện cháy xém càng cao do lỗ khoan càng sâu, phoi càng khó thoát nên nhiệt cắt càng lớn. Hình 4.19.b và hình 4.20.b thể hiện chất lƣợng bề mặt lỗ khoan khi khoan tích hợp rung động. Ở đây, hiện tƣợng cháy xém bề mặt lỗ giảm rõ rệt, các vết xƣớc trên thành lỗ cũng ít xuất hiện hơn khi khoan thƣờng. Bề mặt lỗ ít cháy xém do khi khoan tích hợp rung, phoi tạo ra là phoi vụn nên ma sát phoi với thành lỗ giảm và thời gian tiếp xúc thực giữa công cụ cắt và phoi giảm (gián đoạn theo rung động) nên điều kiện thoát nhiệt đƣợc cải thiện. Hiệu quả là nhiệt cắt khi khoan rung giảm đáng kể. Ngoài ra, khi khoan rung, phoi vụn thoát
Thực hiện: Phan Văn Nghị 98
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
You must be registered for see links
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
ra dễ dàng nên sự cào xƣớc của phoi lên thành lỗ cũng giảm, kết quả là nhấp nhô bề mặt giảm đáng kể so với khoan thƣờng.
Quan sát ảnh chụp trên hình 4.20.a thấy rằng, ở mép cuối bề mặt lỗ, ba via xuất hiện với kích thƣớc lớn làm giảm chất lƣợng quá trình khoan và cần có nguyên công phụ để loại bỏ các ba via này. Hiện tƣợng ba via xuất hiện nhiều khi khoan các vật liệu dẻo. Khi mũi khoan tiến về phía cuối mép lỗ, do phần thể tích vật liệu gia công phần cuối lỗ ít đƣợc giữ bởi khối vật liệu chi tiết, hơn nữa, do tính dẻo của vật liệu cao nên thể tích vật liệu này hầu nhƣ không bị cắt mà bị đẩy xuống theo chuyển động của mũi khoan, tạo ra ba via ở mép cuối lỗ. Với trƣờng hợp khoan có rung động trợ giúp, kích thƣớc ba via này giảm đáng kể, nhƣ thể hiện trên hình 4.20.b. Nhờ có thêm chuyển động dao động của rung, quá trình cắt phoi (tạo phoi) khi khoan rung xảy ra khác với khoan thƣờng. Khi khoan thƣờng, vật liệu phải trải qua các bƣớc là biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo rồi mới đến biến dạng phá hủy (đứt phoi). Vật liệu gia công là vật liệu dẻo nên cả quá trình biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo đều dài. Nhƣng với khoan rung, quá trình biến dạng dẻo sẽ ngắn hơn, phoi nhanh bị đứt hơn do chịu tác động của năng lƣợng do rung động tạo ra. Do đó, phần thể tích kim loại ở cuối mép lỗ dễ bị đứt hơn so với khoan thƣờng.
4.4. Kết luận chương
Chƣơng này trình bày các bƣớc chuẩn bị thí nghiệm cũng nhƣ quá trình thí nghiệm khoan theo 2 phƣơng pháp: khoan thƣờng và khoan có rung động trợ giúp trên 2 mẫu phôi hợp kim nhôm A5052, thay mặt cho loại vật liệu dẻo. Sau khi thí nghiệm, tiến hành đo đƣờng kính tất cả các mẫu khoan để tiến hành xử lý kết quả trên phần mềm Minitab16.0. Kết quả đo đạc, xử lý số liệu cho kết luận quan trọng: Khoan có rung động trợ giúp có thể giảm độ lay rộng lỗ đến 3 lần so với khoan thƣờng; còn với việc giảm độ không tròn của lỗ khoan, phƣơng pháp khoan rung giảm đƣợc 2 lần so với khoan thƣờng. Các kết quả thí nghiệm còn chứng tở rằng, khoan có rung động trợ giúp cải thiện đáng kể độ ổn định kích thƣớc lỗ khoan, độ xiên lỗ, dạng phoi, chất lƣợng bề mặt cũng nhƣ vấn đề ba via thành lỗ so với phƣơng pháp khoan thƣờng.
Thực hiện: Phan Văn Nghị 99
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
You must be registered for see links
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật
Chuyên ngành: CN-CTM
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
Các kết quả chính đã đạt được
Hai cơ cấu tạo rung động trợ giúp cho khoan theo 2 nguyên lý tạo rung động là rung dựa trên nguyên lý li tâm cơ khí (tần số thấp) và rung siêu âm (tần số cao) đã đƣợc phân tích, lựa chọn thiết kế và chế tạo cũng nhƣ thực nghiệm khoan trên hợp kim nhôm. Các cơ cấu đƣợc thiết kế nhỏ gọn, vận hành dễ dàng nhƣng vẫn đảm bảo đƣợc khả năng làm việc trong điều kiện thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm đã khẳng định đƣợc sự vƣợt trội của phƣơng pháp khoan có rung động trợ giúp so với phƣơng pháp khoan thông thƣờng. Dƣới đây là các thành tựu cơ bản đề tài đã đạt đƣợc:
Tổng quan về cơ sở và các nghiên cứu đã triển khai về rung động trợ giúp gia công cơ nói chung và nguyên công khoan nói riêng;
Thiết kế, chế tạo đƣợc 2 cơ cấu tạo rung với 2 nguyên lý khác nhau: cơ cấu tạo rung theo nguyên lý li tâm cơ khí và cơ cấu tạo rung dựa trên hiệu ứng áp điện;
Vận hành và thu thập số liệu thực nghiệm cơ cấu rung trợ giúp khoan hợp kim nhôm;
Khẳng định đƣợc tính ƣu việt của khoan có rung động trợ giúp so với khoan thƣờng thông qua việc phân tích có hệ thống các số liệu thực nghiệm ;
Khái quát hóa khả năng chủ động công nghệ tạo rung động trợ giúp nguyên công khoan các vật liệu dẻo.
Đề xuất các hướng nghiên cứu
Mặc dù nghiên cứu đã phân tích và chứng minh đƣợc những ƣu điểm vƣợt trội của khoan có rung động trợ giúp so với khoan thông thƣờng thông qua các thực nghiệm cụ thể trên cơ cấu tạo rung đã thiết kế, chế tạo nhƣng còn có một số vấn đề cần thiết đƣợc nghiên cứu và tìm hiểu sâu hơn cho cơ cấu này ở các bƣớc kế tiếp. Cụ thể là:
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links