Đang tải... (xem toàn văn)
Qua việc phân tích một cách hệ thống các ưu điểm vượt trội của phương 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 được mô hình, tính toán, thiết kế và chế tạo. Hai cơ cấu tạo rung này được thiết kế lần lượt 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.
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Lời cam đoan Tôi xin cam đoan kết trình bày luận văn thân thực hiện, chưa sử dụng cho khóa luận tốt nghiệp khác Theo hiểu biết cá nhân, chưa có tài liệu khoa học tương tự công bố, trừ thông tin tham khảo trích dẫn Phan Văn Nghị Tháng 12 năm 2012 Thực hiện: Phan Văn Nghị Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Lời cám ơn Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn khoa học tôi, thầy giáo - PGS.TS Nguyễn Văn Dự, người tận tình bảo, động viên giúp đỡ cho nhiều suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp Thứ đến, xin chân thành cảm ơn thầy giáo, Ths Lê Duy Hội Ths Chu Ngọc Hùng giúp đỡ nhiều trình làm luận văn Tôi xin cám ơn thầy giáo Cao Thanh Long kỹ thuật viên DNTN Thái Long giúp đỡ việc gia công, chế tạo thiết bị thí nghiệm thực thí nghiệm cho đề tài Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí môn Chế tạo máy, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện để tham gia hoàn thành khóa học Lòng biết ơn chân thành xin bày tỏ với vợ gia đình tôi, tất mà người dành cho Mọi người chăm sóc, động viên suốt thời gian sống, học tập làm luận văn Cuối cùng, xin cám ơn thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên hỗ trợ giúp đỡ thời gian học tập Thực hiện: Phan Văn Nghị Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Tóm tắt Qua việc phân tích cách hệ thống ưu điểm vượt trội phương pháp gia công có rung động trợ giúp nguyên lý tạo rung động, cấu tạo rung động đặt lên phôi khoan mô hình, tính toán, thiết kế chế tạo Hai cấu tạo rung thiết kế theo nguyên lý: Cơ cấu tạo rung theo nguyên lý li tâm khí cấu tạo rung theo nguyên lý áp điện Cơ cấu tạo rung tần số thấp (khoảng 50 Hz) theo nguyên lý li tâm khí chọn để tạo rung động trợ giúp cho trình thí nghiệm khoan hợp kim nhôm Cơ cấu lệch tâm chế tạo tạo rung động với tần số từ 26 đến 60 Hz, biên độ từ đến 12 micromet, tích hợp vào hệ thống gia công nhằm tạo rung cho phôi theo phương dọc trục mũi khoan Các lỗ có đường kính 1,5 mm, chiều sâu 13 mm (L/D = 9) gia công đối chứng khoan thường khoan có bổ sung rung động Các thí nghiệm thiết kế nhằm so sánh độ tròn, độ trụ suất hai chế độ gia công khoan truyền thống khoan có rung động trợ giúp Vấn đề kẹt phoi, gãy mũi khoan khoan nhôm hợp kim nhôm gần khắc phục hoàn toàn Số liệu thực nghiệm độ lay động đường kính độ tròn lỗ khoan phân tích so sánh thông qua kiểm nghiệm so sánh t (2 sample t-test) 36 mẫu đo Kết cho thấy khoan có rung làm giảm độ lay rộng đường kính lỗ đến lần, làm giảm độ không tròn lỗ đến lần so với khoan truyền thống Trên giới, rung động trợ giúp gia công thường thực nhờ tạo rung dùng động servo cồng kềnh tinh thể áp điện đắt tiền Kết nghiên cứu đem lại khả chủ động thiết bị, công nghệ cho phương pháp gia công có rung động trợ giúp trở nên hứa hẹn Việt Nam, khắc phục vấn đề chủ động vật tư, thiết bị giá thành Thực hiện: Phan Văn Nghị Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Mục lục Lời cam đoan Lời cám ơn .2 Tóm tắt .3 Các ký hiệu viết tắt Danh mục hình ảnh Danh mục bảng, biểu Thực hiện: Phan Văn Nghị 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 cấu chuyển đổi áp điện) ELID Quá trình mài sửa đá điện phân (Electrolytic In Process Dressing) USM Gia công siêu âm (Ultrasonic Machining) EDM Gia công tia lửa điện (Electrical Discharge Machining) ECM Gia công điện hóa (Electrochemical Machining) Thực hiện: Phan Văn Nghị Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Danh mục hình ảnh TT hình Nội dung Trang 1.1 Mô hình đặt rung động vào hệ thống gia công 22 1.2 Mô hình cắt rung theo kiểu elip 23 1.3 Nguyên lý hình thành lực ly tâm 24 1.4 Nguyên lý tạo rung lực từ trường 26 1.5 Cơ cấu tạo rung động lực từ trường 27 1.6 Tạo rung truyền dẫn lệch tâm dùng cho máy tải rung 27 1.7 Tạo rung thủy lực, khí nén 28 1.8 Hiện ứng áp điện 29 1.9 Hiệu ứng áp điện thuận nghịch xảy vật liệu áp điện 30 1.10 Quan hệ lực cản hành trình (biên độ) 31 1.11 Ứng xử PZT làm việc theo hướng trục 31 1.12 PZT đơn công nghiệp 33 Thực hiện: Phan Văn Nghị Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM 1.13 Các PZT xếp chồng 34 2.1 Một số ứng dụng thực tế hợp kim nhôm 38 2.2 Các sản phẩm ứng dụng hợp kim nhôm A5052 40 2.3 Mức độ ảnh hưởng tốc độ cắt lượng chạy dao đến lực cắt 42 2.4 Phoi khoan vật liệu dẻo 43 2.5 Ảnh hưởng vận tốc cắt đến dạng phoi dạng phoi 44 2.6 Các kích thước phoi khác thí nghiệm 48 2.7 Phân tích lực khoan có phoi dạng xoắn ốc 48 2.8 Phoi dải chuyển động rãnh xoắn 51 2.9 Trạng thái ban đầu phoi xoắn ốc 52 2.10 Hình dạng phoi dạng dải 53 2.11 Mô hình quỹ đạo lưỡi cắt mũi khoan 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 61 3.4 Kích thước PZT cách đấu điện áp Chồng PZT- ghép nối 3.5 Bệ gá sở cấu tạo rung 62 3.6 Ống kẹp cấu tạo rung 63 3.7 Ống truyền rung động cấu tạo rung 64 3.8 Lắp ghép cấu tạo rung động PZT 64 3.9 Máy phát điện áp xung, công suất 1200W 65 3.10 (Mô hình hóa cấu rung lệch tâm khí 65 3.11 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo rung động phôi cho khoan 66 3.12 Mô hình chi tiết cấu tạo rung động 67 3.13 Động dẫn động quay lệch tâm 68 3.14 Bộ biến áp chuyển đổi dòng điện từ xoay chiều sang chiều 68 3.15 Bản vẽ thiết kế bánh lệch tâm 69 3.16 Các cặp nặng để tăng khối lượng lệch tâm: 69 Thực hiện: Phan Văn Nghị 61 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM 3.17 Bản vẽ chế tạo chi tiết bệ gá sở 71 3.18 Giá đỡ sống dấn hướng chữ V 71 3.19 Sống dẫn hướng chữ V 72 3.20 Lò xo trì rung động 73 3.21 Cụm chi tiết I sau chế tạo, lắp ráp 74 3.22 Tấm gá động cơ, phôi rãnh dẫn hướng 75 3.23 Ống gá động 76 3.24 Động lắp vào gá sau chế tạo 76 3.25 Đồ gá kẹp phôi 77 3.26 Cơ cấu tạo rung động theo nguyên lý li tâm 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 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 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 cấu tạo rung lên máy phay 88 4.9 Thực trình thí nghiệm khoan thường 89 4.10 Thực trình thí nghiệm khoan có rung động trợ giúp 89 4.11 Phoi dây khoan thường 90 4.12 Phoi vụn khoan có rung động trợ giúp 90 4.13 Lỗ khoan thí nghiệm (tỷ lệ 10:1): a Khoan thường, b Khoan rung 91 Tính toán số lượng mẫu thí nghiệm cần thiết 91 4.14 Thực hiện: Phan Văn Nghị Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM 4.15 Kết so sánh độ lay rộng 93 4.16 Hiện tượng lỗ không tròn (tỷ lệ 10:1): a Khoan thường, b Khoan rung 93 4.17 4.18 Kết so sánh độ không tròn 95 Phân bố độ lay rộng lỗ; nét liền cho lỗ khoan thường, nét đứt cho 96 lỗ khoan rung 4.19 Hiện tượng xiên lỗ khoan: a Khoan thường, 4.20 Chất lượng bề mặt lỗ ba via mép cuối lỗ khoan b Khoan rung 97 97 Danh mục bảng, biểu TT bảng Nội dung Trang 1.1 So sánh phương pháp gia công tích hợp rung siêu âm 24 2.1 Phôi hợp kim nhôm với thành phần hóa học 40 2.2 Cơ tính hợp kim nhôm A5052 41 3.1 Kết thử chuyển vị lò xo 73 4.1 Thông số máy phay sử dụng thí nghiệm 84 4.2 Thông số mũi khoan thí nghiệm 84 4.3 Thành phần hợp kim nhôm A5052 thí nghiệm 85 4.4 Cơ tính phôi gia công 86 4.5 Độ lay rộng lỗ khoan cho phương pháp khoan 92 4.6 Độ không tròn lỗ khoan cho phương pháp khoan 95 Thực hiện: Phan Văn Nghị Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM GIỚI THIỆU Phần giới thiệu sở lý luận tính cấp thiết để thực đề tài nghiên cứu, mục tiêu tóm tắt kết đạt Mục 0.1 trình bày vấn đề nghiên cứu, hay tính cấp thiết đề tài Mục 0.2 tóm tắt thông tin tổng quan kết nghiên cứu gần giới gia công có rung động trợ giúp Các mục tiêu cụ thể nghiên cứu thể mục 0.3 Mục 0.4 tóm tắt kết đạt lý thuyết thực nghiệm Mục cuối giới thiệu cấu trúc luận văn 0.1 Vấn đề nghiên cứu Hiện nay, hợp kim nhôm sử dụng ngày rộng rãi lĩnh vực công nghiệp Gia công cắt gọt hợp kim nhôm nói chung thường dễ dàng có suất cắt cao so với gia công thép hợp kim đen Tuy nhiên, tính dẻo hợp kim nhôm, gia công khoan vật liệu thường gặp phải vấn đề suất chất lượng lỗ khoan [1] Trong trình khoan, phoi thoát khỏi vùng cắt cách tự dạng gia công khác Phoi (thường phoi dây) có ma sát mạnh với mặt trước mũi khoan, rãnh Thực hiện: Phan Văn Nghị 10 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM thống kê α=0.05), mức độ mạo hiểm đánh giá sai số 10% (β=0.1); kỳ vọng dự đoán giá trị trung bình lượng biến động sai khác so với thực tế không lần độ lệch chuẩn (δ≤σ) Số mẫu thí nghiệm cần thiết xác định 18 mẫu cho phương pháp khoan (Xem minh họa hình 4.14) Hình 4.13 Lỗ khoan thí nghiệm (tỷ lệ 10:1): a Khoan thường, b Khoan rung Hình 4.14 Tính toán số lượng mẫu thí nghiệm cần thiết Qua thí nghiệm (ở mục 4.2.3), đo đường kính lỗ khoan kính hiển vi điện tử quét VEGA SBU EasyProbe xác định độ lay rộng lỗ cho trường hợp khoan thường khoan rung (xem bảng 4.5) Độ lay rộng lỗ tương đối xác định số µ xác định sau: µ= Di − 1.5 *100% 1.5 (4.2) Ở đây: Di đường kính lỗ khoan thứ i: i=1÷18 1.5 đường kính danh nghĩa mũi khoan (cũng đường kính lỗ khoan lượng lay rộng lỗ không) Bảng 4.5 Độ lay rộng lỗ khoan cho phương pháp khoan Lỗ khoan Đường kính Đường kính lỗ khoan thường lỗ khoan rung Di2 Thực hiện: Phan Văn Nghị Độ lay rộng lỗ khoan thường µ1 Độ lay rộng lỗ khoan rung µ2 89 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Di1(mm) 1.6586 1.6312 1.6778 1.7738 1.7738 1.8038 1.7052 1.7052 1.7490 1.6832 1.6778 1.8038 1.7134 1.6614 1.7325 1.7655 1.7325 1.7555 Chuyên ngành: CN-CTM (mm) 1.6066 1.6174 1.6066 1.5928 1.5790 1.5928 1.5785 1.6092 1.5352 1.538 1.5516 1.5462 1.5132 1.5216 1.5679 1.602 1.5628 1.5855 (%) 10.57333 8.746667 11.85333 18.25333 18.25333 20.25333 13.68 13.68 16.6 12.21333 11.85333 20.25333 14.22667 10.76 15.5 17.7 15.5 17.03333 (%) 7.106667 7.826667 7.106667 6.186667 5.266667 6.186667 5.233333 7.28 2.346667 2.533333 3.44 3.08 0.88 1.44 4.526667 6.8 4.186667 5.7 Để đánh giá so sánh độ lay rộng lỗ hai phương án khoan, sử dụng phép phân tích thực nghiệm so sánh “2 samples t-test” [23] Sau chạy thử chương trình phân tích thống kê, cho thấy khả giá trị trung bình độ lay rộng khoan thường lớn khoan rung đến 8% Để kiểm chứng, tiến hành kiểm nghiệm giả thuyết thống kê sau: H : µ1 − µ = (4.3) H1 : µ1 − µ > Trong công thức (4.3), µ1 µ2 giá trị trung bình tập toàn giá trị độ lay rộng lỗ khoan thường lỗ khoan rung Giả thuyết đảo H1 phát biểu rằng, giá trị trung bình độ lay rộng lỗ khoan thường lớn lỗ khoan rung 8% Kết phép kiểm định t (t-test) minh họa hình 4.15 Thực hiện: Phan Văn Nghị 90 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Hình 4.15 Kết so sánh độ lay rộng Qua kết thống kê hình 4.15, thấy, độ lay rộng trung bình lỗ khoan thường 14.8%; giá trị khoan rung khoảng 4.8% Nghĩa là, độ lay rộng khoan rung khoảng 1/3 lần so với độ lay rộng lỗ khoan thường Kiểm định giả thuyết thống kê cho thấy (dòng cuối hình 4.15) giá trị pvalue (0.023) nhỏ mức ý nghĩa thông dụng (α=0.05), vậy, ta loại bỏ giả thuyết đảo Nói cách khác, với độ tin cậy 95%, chấp nhận giả thuyết (độ lay rộng trung bình khoan thường lớn khoan rung 8%) 4.3.3 Độ không tròn lỗ khoan Hình 4.16 Hiện tượng lỗ không tròn (tỷ lệ 10:1): a Khoan thường, b Khoan rung Độ không tròn lỗ khoan ảnh hưởng lớn đến khả làm việc lỗ nên thông số quan trọng để đánh giá chất lượng trình khoan Vẫn sử dụng kính hiển vi điện tử quét VEGA SBU EasyProbe, xác định tương đối xác đường kính nhỏ đường kính lớn tất 36 lỗ phôi thí nghiệm với trường hợp khoan thường khoan rung Thực hiện: Phan Văn Nghị 91 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Kết đo đường kính kết xác định độ không tròn lỗ thể bảng 4.6 Độ không tròn đánh giá qua thông số E (mm) xác định sau: E= Dmax − Dmin (4.4) Ở đây: Dmax: Đường kính lớn lỗ khoan (mm) Dmin: Đường kính nhỏ lỗ khoan (mm) Bảng 4.6 Độ không tròn lỗ khoan cho phương pháp khoan Đường Lỗ khoan 10 11 Đường Đường kính nhỏ kính lớn kính nhỏ lỗ lỗ khoan lỗ khoan thường khoan rung thường Dmax1(mm)) Dmin2 (mm) 1.7025 1.7073 1.712 1.9107 1.8191 1.843 1.7766 1.7456 1.831 1.7097 1.7496 1.6797 1.6468 1.6054 1.6026 1.5716 1.6213 1.6416 1.6389 1.5747 1.533 1.5633 Dmin1(mm) 1.6546 1.5977 1.64 1.7427 1.767 1.7807 1.6803 1.6751 1.7182 1.6681 1.6989 Thực hiện: Phan Văn Nghị Đường kính lớn lỗ khoan rung Dmax2(mm) 1.717 1.7359 1.6407 1.6152 1.6337 1.6814 1.6757 1.68 1.5814 1.6071 1.6509 Độ Độ không không tròn tròn lỗ khoan lỗ khoan thường E1 rung E2 (mm) (mm) 0.02395 0.0548 0.036 0.084 0.02605 0.03115 0.04815 0.03525 0.0564 0.0208 0.02535 0.01865 0.04455 0.01765 0.0063 0.03105 0.03005 0.01705 0.02055 0.00335 0.03705 0.0438 92 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 12 13 14 15 16 17 18 1.7218 1.6733 1.653 1.6656 1.7022 1.612 1.6781 Chuyên ngành: CN-CTM 1.847 1.8171 1.7043 1.7852 1.876 1.772 1.7843 1.5315 1.5255 1.5074 1.535 1.5897 1.543 1.5241 1.6054 1.5426 1.5444 1.5812 1.6231 1.5798 1.6023 0.0626 0.0719 0.02565 0.0598 0.0869 0.08 0.0531 0.03695 0.00855 0.0185 0.0231 0.0167 0.0184 0.0391 Sử dụng phần mềm Minitab16.0 với phép phân tích thực nghiệm so sánh “2 samples t-test” tương tự phân tích độ lay rộng lỗ khoan, kết phân tích thống kê cho thấy, khoan rung làm giảm độ không tròn trung bình mẫu khoan từ 0.04 mm xuống 0.02 mm (xem hình 4.17) Kiểm định giả thuyết thống kê cho thấy, với xác xuất tin cậy 95%, khẳng định lỗ khoan có rung trợ giúp làm giảm độ không tròn thêm 0.01 mm Hình 4.17 Kết so sánh độ không tròn 4.3.4 Độ ổn định kích thước lỗ khoan Một thông số quan trọng khác cần quan tâm độ ổn định đường kính lỗ khoan Độ ổn định lỗ khoan ảnh hưởng lớn đến dung sai lỗ khoan gây khó khăn cho việc xác định quy luật gây sai số khoan dẫn đến khó khăn cho việc tìm giải pháp để giảm tăng độ xác khoan Hình 4.18 trình bày đồ thị phân bố độ lay rộng lỗ từ số liệu tập mẫu nói dựa vào bảng thống kê đường kính 18 lỗ khoan thường 18 lỗ khoan rung (bảng 4.1) Thực hiện: Phan Văn Nghị 93 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Hình 4.18 Phân bố độ lay rộng lỗ; nét liền cho lỗ khoan thường, nét đứt cho lỗ khoan rung Qua hình 4.18 thấy rằng, so với khoan thường, độ lay rộng lỗ khoan rung có giá trị trung bình nhỏ (4.84% so với 14.83%) mà có phạm vi phân tán nhỏ hẳn (Độ lệch chuẩn 2.143 so với 3.418) Nói cách khác, tập đường kính lỗ khoan rung có giá trị ổn định nhiều so với lỗ khoan thường 4.3.5 Độ xiên lỗ khoan Để lỗ sau khoan đạt yêu cầu làm việc, độ thẳng lỗ thông số quan trọng Khi khoan thường (không có rung động trợ giúp), tượng phoi dây dính bám lên rãnh xoắn mũi khoan gây tượng đẩy ngang mũi khoan làm mũi khoan bị xiên Trong khoan tích hợp rung, phoi tạo phoi vụn nên mũi khoan bị xiên Để đánh giá sơ độ không thẳng (độ xiên) lỗ, sử dụng máy cắt dây CW322S cắt dọc lỗ khoan, chụp ảnh so sánh hình 4.19 Ở hình 4.19.a, ứng với khoan thường, lỗ khoan bị xiên đáng kể xiên theo hướng khác Trong hình 4.19.b ứng với khoan rung, lỗ khoan bị xiên xiên theo hướng cố định Thực hiện: Phan Văn Nghị 94 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Hình 4.19 Hiện tượng xiên lỗ khoan: a Khoan thường, b Khoan rung Dựa vào hình 4.19, kết luận sơ khoan tích hợp rung cải thiện độ lay rộng lỗ, nâng cao độ tròn lỗ, cải thiện độ phân tán kích thước lỗ mà cải thiện độ xiên lỗ khoan đáng kể so với khoan thường 4.3.6 Chất lượng bề mặt lỗ sau khoan vấn đề ba via mép cuối lỗ khoan Sử dụng kính hiển vi điện tử quét VEGA SBU EasyProbe chụp bề mặt thành lỗ, dễ dàng nhận thấy rằng, chất lượng bề mặt khoan tích hợp rung cải thiện đáng kể so với khoan thường Hình 4.20.Chất lượng bề mặt lỗ ba via mép cuối lỗ khoan: a Khoan thường, b Khoan rung Khi khoan tích hợp rung động, loại vật liệu dẻo nhôm hợp kim chúng, tính dẻo vật liệu gia công nên phoi thoát ma sát lớn với mặt trước mũi khoan, với rãnh xoắn thành lỗ khoan Thực hiện: Phan Văn Nghị 95 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM làm nhiệt độ vùng cắt khu vực phoi ma sát với thành lỗ tăng lên lớn, gây cháy xém bề mặt lỗ khoan Hơn nữa, phoi dây thoát cào xước mãnh liệt lên thành lỗ gây nên vết cào xước làm tăng độ nhấp nhô bề mặt lỗ Trên hình 4.19.a hình 4.20.a, bề mặt thành lỗ khoan xuất nhiều vùng màu đen, khu vực cháy xém nhiệt cắt cao Càng cuối lỗ tần suất xuất cháy xém cao lỗ khoan sâu, phoi khó thoát nên nhiệt cắt lớn Hình 4.19.b hình 4.20.b thể chất lượng bề mặt lỗ khoan khoan tích hợp rung động Ở đây, tượng cháy xém bề mặt lỗ giảm rõ rệt, vết xước thành lỗ xuất khoan thường Bề mặt lỗ cháy xém khoan tích hợp rung, phoi tạo phoi vụn nên ma sát phoi với thành lỗ giảm thời gian tiếp xúc thực dụng cụ cắt phoi giảm (gián đoạn theo rung động) nên điều kiện thoát nhiệt cải thiện Hiệu nhiệt cắt khoan rung giảm đáng kể Ngoài ra, khoan rung, phoi vụn thoát dễ dàng nên cào xước phoi lên thành lỗ giảm, kết nhấp nhô bề mặt giảm đáng kể so với khoan thường Quan sát ảnh chụp hình 4.20.a thấy rằng, mép cuối bề mặt lỗ, ba via xuất với kích thước lớn làm giảm chất lượng trình khoan cần có nguyên công phụ để loại bỏ ba via Hiện tượng ba via xuất nhiều khoan vật liệu dẻo Khi mũi khoan tiến phía cuối mép lỗ, phần thể tích vật liệu gia công phần cuối lỗ giữ khối vật liệu chi tiết, nữa, tính dẻo vật liệu cao nên thể tích vật liệu không bị cắt mà bị đẩy xuống theo chuyển động mũi khoan, tạo ba via mép cuối lỗ Với trường hợp khoan có rung động trợ giúp, kích thước ba via giảm đáng kể, thể hình 4.20.b Nhờ có thêm chuyển động dao động rung, trình cắt phoi (tạo phoi) khoan rung xảy khác với khoan thường Khi khoan thường, vật liệu phải trải qua bước biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo đến biến dạng phá hủy (đứt phoi) Vật liệu gia công vật liệu dẻo nên trình biến dạng đàn hồi biến dạng dẻo dài Nhưng với khoan rung, trình biến dạng dẻo ngắn hơn, phoi nhanh bị đứt chịu tác động Thực hiện: Phan Văn Nghị 96 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM lượng rung động tạo Do đó, phần thể tích kim loại cuối mép lỗ dễ bị đứt so với khoan thường 4.4 Kết luận chương Chương trình bày bước chuẩn bị thí nghiệm trình thí nghiệm khoan theo phương pháp: khoan thường khoan có rung động trợ giúp mẫu phôi hợp kim nhôm A5052, đại diện cho loại vật liệu dẻo Sau thí nghiệm, tiến hành đo đường kính tất mẫu khoan để tiến hành xử lý kết phần mềm Minitab16.0 Kết đo đạc, xử lý số liệu cho kết luận quan trọng: Khoan có rung động trợ giúp giảm độ lay rộng lỗ đến lần so với khoan thường; với việc giảm độ không tròn lỗ khoan, phương pháp khoan rung giảm lần so với khoan thường Các kết thí nghiệm chứng tở rằng, khoan có rung động trợ giúp cải thiện đáng kể độ ổn định kích thước lỗ khoan, độ xiên lỗ, dạng phoi, chất lượng bề mặt vấn đề ba via thành lỗ so với phương pháp khoan thường KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Các kết đạt Hai cấu tạo rung động trợ giúp cho khoan theo nguyên lý tạo rung động rung dựa nguyên lý li tâm khí (tần số thấp) rung siêu âm (tần số cao) phân tích, lựa chọn thiết kế chế tạo thực nghiệm khoan hợp kim nhôm Các cấu thiết kế nhỏ gọn, vận hành dễ dàng đảm bảo khả làm việc điều kiện thí nghiệm Kết thí nghiệm khẳng định vượt trội phương pháp khoan có rung động trợ giúp so với phương pháp khoan thông thường Dưới thành tựu đề tài đạt được: Tổng quan sở nghiên cứu triển khai rung động trợ giúp gia công nói chung nguyên công khoan nói riêng; Thiết kế, chế tạo cấu tạo rung với nguyên lý khác nhau: cấu tạo rung theo nguyên lý li tâm khí cấu tạo rung dựa hiệu ứng áp điện; Thực hiện: Phan Văn Nghị 97 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Vận hành thu thập số liệu thực nghiệm cấu rung trợ giúp khoan hợp kim nhôm; Khẳng định tính ưu việt khoan có rung động trợ giúp so với khoan thường thông qua việc phân tích có hệ thống số liệu thực nghiệm ; Khái quát hóa khả chủ động công nghệ tạo rung động trợ giúp nguyên công khoan vật liệu dẻo Đề xuất hướng nghiên cứu Mặc dù nghiên cứu phân tích chứng minh ưu điểm vượt trội khoan có rung động trợ giúp so với khoan thông thường thông qua thực nghiệm cụ thể cấu tạo rung thiết kế, chế tạo có số vấn đề cần thiết nghiên cứu tìm hiểu sâu cho cấu bước Cụ thể là: Nghiên cứu động lực học cấu hệ thống gia công; Hoàn thiện kết cấu cấu rung nhỏ gọn, đơn giản hơn, phù hợp với khả chế tạo sử dụng nước; Tối ưu hóa thông số rung, thông số công nghệ đa mục tiêu; Thử nghiệm gia công lỗ sâu có tỷ số L/D lớn hơn; Thử nghiệm cho loại vật liệu khó gia công khác nhau; Thực hiện: Phan Văn Nghị 98 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Tài liệu tham khảo [1] Gilbert Kaufman, Applications for Aluminum Alloys and Tempers, ASM International, 2000, pp 87-118; [2] Feng Ke, Jun Ni, D.A Stephenson, Continuous chip formation in drilling, International Journal of Machine Tools & Manufacture 45 (2005); pp 1562-1568 [3] Gwo-Lianq Chern, Han-Jou Lee, Using workpiece vibration cutting for microdrilling, International Journal of Advance Manufacturing Technology 27 (2006); pp 688-692; [4] ASM- Machining processes- Handbook [5] Chandra Nath, A study on ultrasonic vibration cutting of difficult – to - cut materials, PhD, Nation University of Singapore, 2008 Thực hiện: Phan Văn Nghị 99 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật [6] Chuyên ngành: CN-CTM Adachi K.; Arai N.; Harada S.; Okita K.; Wakisaka S., A study on burr in low frequency vibration drilling – Drilling of aluminum, Bulletin of JSPE, 21 (4); pp 258–264; [7] G.-L Chern, J.M Liang, Study on boring and drilling with vibration cutting, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 47(1), 2007, pp.133140; [8] B Azarhoushang, J Akbari, Ultrasonic-assisted drilling of Inconel 738-LC, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 47(7–8), 2007, pp 1027–1033; [9] S.S.F Chang, G.M Bone, Burr size reduction in drilling by ultrasonic assistance, International Journal of Robotics Computer-Integrated Manufacturing (21) (2004) 442–450 [10] Zhang DY, et al (1994), Study on the drill skidding motion in ultrasonic vibration microdrilling, International Journal of Machine Tools and Manufacture 34(6), pp 847–857; [11] H Onikura, O Ohnishi, J.H Feng, T Kanda, T Morita, U Bopp, Effects of ultrasonic vibration on machining accuracy in microdrilling, International Journal of JSPE 30 (3) (1996), pp 210–216; [12] H Onikura, O Ohnishi, Drilling mechanisms in ultrasonic-vibration assisted micro drilling, Journal of JSPE 64 (11) (1998) 1633–1637 (in Japanese) [13] H Takeyama, S Kato, Burrless drilling by means of ultrasonic vibration, Annals of CIRP 40 (1) (1991) 83–86 [14] Erofeev L.V., Russian Impact-Vibration Pile driving Equipment Available online at http://www.vulcanhammer.net/info/udarvib.php [15] Franca L.F.P., Weber H.I.,(2004), Experimental and numerical study of a new resonance hammer drilling model with drift, Chaos, Solitons and Fractals 21, 789-801 [16] J W Waanders, Piezoelectric Ceramics: Properties and Applications, 1991 91 pages Thực hiện: Phan Văn Nghị 100 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM [17] Metals Handbook, Vol.2 - Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials, ASM International 10th Ed 1990 [18] Structural Alloys Handbook, 1996 edition, John M (Tim) Holt, Technical Ed; C Y Ho, Ed., CINDAS/Purdue University, West Lafayette, IN, 1996 [19] Số liệu Ban kiểm nghiệm, xí nghiệp khí 59 ( Thái Nguyên), quốc phòng [20] V Songmene, R Khettabi, I Zaghbani, J Kouam, and A Djebara ; Machining and Machinability of Aluminum Alloys, DepartmentofMechanicalEngineering, 1100Notre-DameStreetWest,MontrealQuebecH3C1K3, Canada [21] J.S Zhoul, B.Y Ye, X.Y Lai, A study on chip breakage in mini-pore vibration drilling for hard-to-cut material of austenitic stainless steel, School of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou, 510640, China [22] Matthew w.Hooker, Properties of PZT – Based piezoelectric ceramics between 150-250°C, NASA, Lockheed Martin Engineering and Science, Co., Hampton, Virginia, [23] Nguyễn Văn Dự, Nguyễn Đăng Bình, Quy hoạch thực nghiệm kỹ thuật, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2011 Thực hiện: Phan Văn Nghị 101 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM PHỤ LỤC CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC Thực hiện: Phan Văn Nghị 102 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Thực hiện: Phan Văn Nghị 103 [...]... hiện: Phan Văn Nghị 14 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM được chọn là các chỉ tiêu chủ yếu đánh giá ưu việt của khoan có rung động trợ giúp so với khoan truyền thống Các mục tiêu cụ thể của đề tài là: 1 Đánh giá tính khả thi của gia công khoan có rung động trợ giúp; 2 Thiết kế, chế tạo được bộ tạo rung động trợ giúp cho khoan; 3 Tiến hành thí nghiệm khoan có rung động trợ giúp để so sánh năng... nghiên cứu đã triển khai về rung động trợ giúp khoan; 2 Thiết kế, chế tạo được 2 cơ cấu tạo rung: cơ cấu tạo rung theo nguyên lý li tâm cơ khí và cơ cấu tạo rung dựa trên hiệu ứng áp điện; 3 Vận hành, thí nghiệm khoan với sự trợ giúp của rung động bằng cơ cấu tạo rung theo nguyên lý li tâm cơ khí; 4 Khẳng định được ưu điểm vượt trội của khoan có rung động trợ giúp so với khoan thường thông qua các số... lượng quá trình khoan này với quá trình khoan thường 0.4 Các kết quả đã đạt được Đề tài lựa chọn, thiết kế và chế tạo được 2 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) Các thí nghiệm đã được thực hiện để kiểm nghiệm cơ cấu tạo rung và tính ưu việt của khoan có rung động trợ giúp Các kết quả... tích hợp 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 phương 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 phương pháp kết hợp kết hợp rung siêu âm với khoan truyền... sánh đối chứng Các kết luận và đề xuất nghiên cứu tiếp theo được trình bày trong phần cuối cùng của luận văn Thực hiện: Phan Văn Nghị 16 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CÓ RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP 1.1 Giới thiệu Chương này trình bày tổng quan về gia công có rung động trợ giúp với các ưu việt nổi trội của nó So sánh các phương pháp tạo rung động, kết hợp với điều... Thấp Thấp Cao Trung bình Trung bình 6 Độ tròn của chi tiết Thấp Hợp lý 7 Độ nhẵn bề mặt, Ra > 1 µm Có thể < 0.1 µm kiểu elip Rất thấp Rất thấp Rất cao Rất nhỏ Cao Độ chính xác cao < 0.1 µm 1.4 Các phương pháp tạo rung động trợ giúp gia công Để thiết kế, chế tạo bộ tạo rung, cần thiết phải lựa chọn được nguyên lý tạo rung động Theo các nguyên lý khác nhau, hiện nay có 5 phương pháp tạo rung động đã được... khi khoan các vật liệu dẻo đã được nghiên cứu Đó chính là ứng dụng rung động cưỡng bức vào quá trình khoan này Đây là một vấn đề không mới trên thế giới nhưng rất mới tại Việt Nam, chưa có một ứng dụng nào về rung động trong gia công được triển khai Đề tài này tập trung nghiên cứu lý thuyết về các ưu điểm vượt trội khi khoan vật liệu dẻo có rung động trợ giúp và thiết kế, chế tạo một cơ cấu tạo rung động. .. lỗ khoan được cải thiện rõ rệt so với khoan thông thường 0.3 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính của đề tài này là chủ động công nghệ nhằm thiết kế chế tạo bộ tạo rung động trợ giúp cho nguyên công khoan nhằm khẳng định tính ưu việt của phương pháp gia công có rung động trợ giúp và hiện thực hóa phương pháp gia công tiên tiến này ở Việt Nam Năng suất, độ tròn và độ thẳng của lỗ khoan Thực hiện: Phan Văn. .. các số liệu thực nghiệm; 5 Khái quát hóa khả năng chủ động công nghệ tạo rung hỗ trợ khoan các vật liệu dẻo; 6 Công bố 01 bài báo ( "Khoan lỗ sâu trên hợp kim nhôm có trợ giúp của rung động tần số thấp") trên tạp chí Khoa học và Công nghệ các trường Đại học Kỹ thuật, số 95 0.5 Cấu trúc luận văn Ngoài phần giới thiệu và phần kết luận chung, luận văn được chia thành 4 chương với các nội dung cơ bản từng... phương pháp tạo rung động bằng li tâm cơ khí và phương pháp tạo rung bằng các PZT đã được chọn để thiết kế, chế tạo và thử nghiệm 1.6 Kết luận chương Chương này trình bày về tầm quan trọng và tính cấp thiết của phương pháp gia công có rung động trợ giúp Các phương pháp tạo rung động cưỡng bức đã được liệt kê và phân tích Hiện có 5 phương pháp tạo rung động lần lượt theo các nguyên lý: tạo rung bằng li