ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ LỆ HẰNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐỘNG TÍCH CỰC ĐẾN TIỆN CỨNG TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Thái Nguyên - 2014 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Dự Phản biện 1: PGS.TS. Hoàng Vị Phản biện 2: PGS.TS. Phan Bùi Khôi Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại: Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp, Đại học Thái Nguyên Vào hồi 13 giờ 30 ngày 20 tháng 4 năm 2014 Có thể tìm hiểu luận văn tại - Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên và - Thư viện: Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp 1 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 được. 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 được thể hiện trong mục 0.3. Mục 0.4 tóm tắt các kết quả chính đã đạt được về cả lý thuyết và thực nghiệm. Mục cuối cùng giới thiệu cấu trúc của luận văn. 0.1. Vấn đề nghiên cứu So sánh, đánh giá quá trình tiện cứng truyền thống(Conventional turning) với tiện cứng có tích hợp rung(Vibration Assisted Machining – VAM). Tiêu chí so sánh: (2 tiêu chí) -Tiêu chí về công nghệ: +Độ bền dao; Nhiệt cắt; +Lực cắt; Mức độ bẻ phoi. -Tiêu chí về độ chính xác gia công: +Độ chính xác về kích thước; +Độ chính xác về hình dáng hình học và vi trí tương quan; +Nhám bề mặt. Vì các lý do đã phân tích ở trên tôi mạnh dạn đề xuất đề tài “Đánh giá ảnh hưởng của rung động tích cực đến tiện cứng” nhằm hiện thực hóa và kiểm chứng một số ưu điểm của tiện cứng có tích hợp rung động trợ giúp tại Việt Nam. 0.2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính của đề tài này là chủ động công nghệ nhằm triển khai thực nghiệm bộ tạo rung động trợ giúp cho nguyên công tiện cứng 2 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. Mòn, độ nhám, độ tròn và độ trụ của bề mặt tiện được chọn là các chỉ tiêu chủ yếu đánh giá ưu việt của tiện có rung động trợ giúp so với tiện truyền thống. Các mục tiêu cụ thể của đề tài là: 1. So sánh hiệu quả của tiện cứng có rung động trợ giúp với tiện cứng truyền thống; 2. Đề xuất bộ thông số rung phù hợp với yêu cầu gia công cụ thể. 0.3. Các kết quả đã đạt được Đề tài lựa chọn, thiết kế và chế tạo được cơ cấu tạo rung động trợ giúp cho tiện cứng theo nguyên lý tạo rung động siêu âm tần số cao (PZT). Các thí nghiệm đã được thực hiện để kiểm nghiệm cơ cấu tạo rung và tính ưu việt của tiện có rung động trợ giúp so với tiện truyền thống. Các kết quả mà đề tài đã đạt được bao gồm:  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 tiện nói riêng;  Thực nghiệm triển khai thành công cơ cấu tạo rung với nguyên lý tạo rung dựa trên hiệu ứng áp điện vào tiện cứng;  Vận hành và thu thập và xử lý số liệu thực nghiệm, cho thấy ưu việt của rung động trợ giúp tiện cứng về khả năng bẻ phoi, tuổi bền dao, nhám bề mặt, độ tròn, độ trụ so với tiện truyền thống thép 9XC đã tôi như sau: o Rung động cưỡng bức làm tăng khả năng bẻ phoi cho tiện cứng, phoi tiện có rung thường là phoi vụn; o Sơ bộ đánh giá tuổi bền dao: Độ mòn mảnh dao của tiện cứng có rung chỉ bằng khoảng 1/3 so với tiện cứng truyền thống(so sánh trên cùng một thể tích kim loại bị bóc đi là 7.5 mm 3 ); 3 o Nhám bề mặt chi tiết tiện cứng rung so với tiện cứng truyền thống không những có giá trị trung bình nhỏ hơn (0,7054% so với 1,302%) mà còn có phạm vi phân tán nhỏ hơn hẳn (Độ lệch chuẩn chỉ là 0,1187 so với 0,4455).Giảm cấp độ nhám từ 1 đến 2 cấp; o Độ tròn trung bình của các bề mặt tiện cứng truyền thống là 0,014%; trong khi giá trị này ở tiện cứng rung khoảng 0,005%. Nghĩa là, độ tròn của tiện rung chỉ bằng khoảng gần 1/3 lần so với độ tròn bề mặt khi tiện thường; o Độ trụ trung bình của các bề mặt tiện cứng truyền thống là 0,046%; trong khi giá trị này ở tiện cứng có tích hợp rung khoảng 0,026%. Nghĩa là, độ trụ của tiện rung chỉ bằng khoảng gần 1/2 lần so với độ trụ bề mặt khi tiện thường;  Kiểm chứng được giả thuyết tiện cứng có rung động có ưu điểm hơn so với tiện cứng truyền thống theo các tiêu chí: nhám bề mặt, độ chính xác hình dáng hình học, tình trạng phoi và tuổi bền của dao;  Thử nghiệm khả năng chủ động công nghệ tạo rung trợ giúp gia công tiện cứng. 0.4. 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 chương như sau: Trong chương 1, giới thiệu tổng quan về tiện cứng, gia công tiện cứng có rung động trợ giúp có các ưu việt nổi trội so với tiện cứng truyền thống.Trình bày cơ sở và nguyên tắc khai thác rung siêu âm. Chương 2, triển khai thực nghiệm cơ cấu tạo rung động trợ giúp gia công tiện cứng.Nguyên tắc tạo rung và tích hợp rung được nêu ở đây, phân tích và đưa ra đề xuất triển khai thực nghiệm và kiểm chứng cơ cấu rung siêu âm tần số cao tích hợp tiện cứng. 4 Chng 3, thit k thớ nghim tin cng.Chng ny núi v cỏc thit b gia cụng v cỏc thit b o s dng trong thớ nghim, cỏch thu thp s liu thớ nghiờm v thit k thớ nghim. Chng 4, trỡnh by trỡnh t thc hin thớ nghim, kt qu thớ nghim, phõn tớch v ỏnh giỏ s liu thớ nghim. u vit ca tin cú rung ng tr giỳp so vi tin truyn thng c phõn tớch thụng qua cỏc thớ nghim so sỏnh i chng. Cỏc kt lun v xut nghiờn cu tip theo c trỡnh by trong phn cui cựng ca lun vn. Chng 1 TNG QUAN V TIN CNG V TIN CNG Cể RUNG NG TR GIP 1.1. Tin cng Tiện là một phơng pháp gia công cắt gọt thông dụng nhất, nó tạo nên bề mặt gia công bằng hai chuyển động gọi là chuyển động tạo hình (chuyển động quay tròn của chi tiết) và di chuyển thẳng của dao. Tin cng l phng phỏp tin s dng dao bng vt liu siờu cng CBN (Cubic Boron Nitride), PCBN, PCD hoc ceramic tng hp thay th cho mi gia cụng thộp ó tụi (cú cng ln hn 45HRC) [1] . Phng phỏp ny cú th gia cụng khụ v hon thnh chi tit trong cựng mt ln gỏ. Cp chớnh xỏc khi tin cng t IT6 v búng b mt (Rz = 2 4 micromet), cú th so sỏnh vi cht lng khi mi. Tin cng cú th gia cụng c cỏc loi vt liu l thộp rốn ó tụi, thộp giú, v hp kim cng b mt stellites Hp kim stellites cú th gia cụng bng tin cng ó m rng kh nng ca tin cng k c cụng vic sa cha. Vt liu in hỡnh c tin cng l thộp 9XC (58 62HRC); X12M(60HRC); 5120 (62HRC); 1050(62HRC); 5 Việc áp dụng công nghệ tiện cứng để gia công lần cuối các chi tiết mang lại những lợi ích sau:  Giảm thời gian chu kỳ gia công một sản phẩm, giảm chi phí đầu tư thiết bị.  Tăng độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cho chi tiết gia công.  Cho phép nâng cao tốc độ bóc vật liệu (từ 2  4 lần), nâng cao năng suất gia công.  Gia công được các contour phức tạp.  Cho phép thực hiện nhiều bước gia công trong cùng một lần gá.  Có thể chọn gia công có hoặc không có dung dịch trơn nguội. Gia công khô tránh được cho phí dung dịch trơn nguội và không có chất thải ra ra môi trường. 1.2 .Phân tích đánh giá các công bố về khai thác rung động cho gia công tiện Machining parameters used: V = 10 m/min, f = 0.1 mm/rev. In UAT: f = 17.9 kHz, a = 10 m. 6 Vibration 20 kHz, 7 m, 12L14 steel, Vibration 40 kHz, 7 m, 12L14 steel, Ra = 56 nm. Ra = 36 nm. Vậy khi tiện rung ở tần số rung thích hợp thì Ra = 36 nm hay Ra = 0,036m. 1.3.Cơ sở và nguyên tắc khai thác rung siêu âm 1.3.1. Cơ sở khai thác rung siêu âm Dựa vào những phân tích đã trình bày ở mục 1.1 và mục 1.2 ở trên thấy rằng việc khai thác rung vào trong quá trình tiện cứng là một vấn đề khoa học có căn cứ và cần được áp dụng ngay vào lĩnh vực công nghệ chế tạo máy ở nước ta hiện nay.Trong phạm vi của nghiên cứu này xin đề cập tới vấn đề nghiên cứu khai thác cơ cấu rung siêu âm áp dụng nguyên tắc rung hiệu ứng áp điện có tần số cao biên độ thấp vào trong gia công tiện cứng. 1.3.2. Nguyên tắc khai thác rung siêu âm ứng dụng hiệu ứng áp điện Hiệu ứng áp điện được Jacques và Pierre Curie phát hiện và năm 1880. Họ thấy rằng nếu đặt một biến dạng cơ học lên các tinh thể thì chúng sẽ bị phân cực về điện và mức độ phân cực tỷ lệ với mức độ lớn biến dạng đặt vào. Curie còn khám phám ra rằng, các vật liệu giống với vật liệu này sẽ bị biến dạng khi đặt vào chúng một điện trường. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng áp điện ngược. Bản chất của hiệu ứng áp điện được thể hiện trên hình 1.2. 7 Hình 1.2. Hiện ứng áp điện Hiệu ứng áp điện có trên một số tinh thể trung tính như tinh thể thạch anh, Tuamalin, Na, Kali, Tartrate và các tinh thể này đã được sử dụng nhiều để chế tạo các cơ cấu chuyển đổi áp điện (PZT). Ngoài ra, vật liệu đa tinh thể hiện nay được sử dụng rất rộng rãi, gọi là gốm áp điện. Với các tinh thể thể hiện tính áp điện, cấu trúc của nó không nên có tâm đối xứng. Một ứng suất (kéo hoặc nén) được đặt lên tinh thể sẽ làm thay đổi khoảng cách giữa các vị trí điện tích âm và dương trong mỗi ô phần tử dẫn đến sự phân cực mạng ở bề mặt tinh thể. Hiệu ứng này thường là tuyến tính. Sự phân cực thay đổi trực tiếp với ứng suất đặt vào và phụ thuộc vào hướng ứng suất, dẫn đến các ứng suất nén và kéo sẽ phát sinh điện trường và do vậy điện áp bị phân cực ngược. Ngược lại, nếu tinh thể được đặt vào một điện trường thì nó sẽ phát sinh một biến dạng dẻo làm cho chiều dài của tinh thể tăng hoặc giảm tương ứng với độ phân cực điện trường. 1.6. Kết luận chương Nhám bề mặt là một thông số quan trọng quyết định đến chất lượng bề mặt của một quá trình gia công, bởi vì sự thay đổi của nhám bề mặt kéo theo sự thay đổi của lực cắt, chất lượng bề mặt gia công. Vì vậy cần nghiên cứu nhám bề mặt để đưa ra chế độ công nghệ hợp lí, sao cho quá trình tạo phoi là thuận lợi nhất và biến dạng kim loại nhỏ nhất. Việc sử dụng rung động siêu âm hỗ trợ quá trình cắt một cách hợp lý có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bề mặt gia công và mòn dụng cụ cắt. Do rung động siêu âm hỗ trợ quá trình cắt có khả năng làm giảm ma 8 sát giữa dao và phôi cũng như giữa dao và bề mặt gia công, nên có thể làm giảm mòn một cách đáng kể. Hơn nữa, rung động siêu âm hỗ trợ quá trình cắt còn có khả năng làm giảm lực cắt và nhiệt cắt như đã nói ở phần trên. Nên việc sử dụng rung động siêu âm hỗ trợ quá trình tiện cứng làm tăng độ chính xác, tăng chất lượng bề mặt gia công, tăng tuổi thọ của dao hay để giảm lượng mòn dao là rất cần thiết. [...]... từ 1 đến 2 cấp; o Độ tròn trung bình của các bề mặt tiện cứng truyền thống là 0,014%; trong khi giá trị này ở tiện cứng rung khoảng 0,005% Nghĩa là, độ tròn của tiện rung chỉ bằng khoảng gần 1/3 lần so với độ tròn bề mặt khi tiện thường; o Độ trụ trung bình của các bề mặt tiện cứng truyền thống là 0,046%; trong khi giá trị này ở tiện cứng có tích hợp rung khoảng 0,026% Nghĩa là, độ trụ của tiện rung. .. tôi như sau: o Rung động cưỡng bức làm tăng khả năng bẻ phoi cho tiện cứng, phoi tiện có rung thường là phoi vụn; o Sơ bộ đánh giá tuổi bền dao: Độ mòn mảnh dao của tiện cứng có rung chỉ bằng khoảng 1/3 so với tiện cứng truyền thống(so sánh trên cùng một thể tích kim loại bị bóc đi là 7.5 mm3); o Nhám bề mặt chi tiết tiện cứng rung so với tiện cứng truyền thống không những có giá trị trung bình nhỏ... quả thực nghiệm cho thấy tiện cứng có sự trợ giúp của rung động siêu âm tần số cao ưu việt hơn tiện cứng truyền thống thép 9XC: o Rung động cưỡng bức làm tăng khả năng bẻ phoi cho tiện cứng, phoi tiện có rung thường là phoi vụn; o Sơ bộ đánh giá tuổi bền dao: Độ mòn mảnh dao của tiện cứng có rung chỉ bằng khoảng 1/3 so với tiện cứng truyền thống(so sánh trên cùng một thể tích kim loại bị bóc đi là 7.5... khi tiện thường; o Độ trụ trung bình của các bề mặt tiện cứng truyền thống là 0,046%; trong khi giá trị này ở tiện cứng có tích hợp rung khoảng 0,026% Nghĩa là, độ trụ của tiện rung chỉ bằng khoảng gần 1/2 lần so với độ trụ bề mặt khi tiện thường KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Các kết quả chính đã đạt được Cơ cấu tạo rung động trợ giúp cho nguyên công tiện cứng theo nguyên lý tạo rung động dựa trên nguyên lý rung. .. 0,4455).Giảm cấp độ nhám từ 1 đến 2 cấp; o Độ tròn trung bình của các bề mặt tiện cứng truyền thống là 0,014%; trong khi giá trị này ở tiện cứng rung khoảng 0,005% Nghĩa là, độ tròn của tiện rung chỉ bằng khoảng gần 1/3 lần so với độ tròn bề mặt khi tiện thường; 4.3 Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm Để đánh giá so sánh độ nhám bề mặt giữa hai phương án tiện, sử dụng phép phân tích thực nghiệm so sánh... rung và tích hợp rung khi tiện cứng Phần 2.2 trình bày về đề xuất thiết kế Phần 2.3 trình bày về triển khai thực nghiệm cơ cấu tạo rung động bằng việc sử dụng các tấm PZT Phần 2.4 kiểm chứng thiết kế và chế tạo.Phần cuối cùng của chương đưa ra các kết luận tóm tắt quan trọng của chương 2.1.Nguyên tắc tạo rung và tích hợp rung Hình 2.1.(a) Mô hình tiện với rung động trợ giúp 9 2.1.1.Nguyên tắc tạo rung. .. trình bày về thiết kế thí nghiệm tiện cứng và tính toán số lượng mẫu thí nghiệm Mục cuối cùng của chương tóm tắt các kết luận của chương 3.1.Thiết bị gia công Để so sánh hiệu quả quá trình tiện cứng tích hợp rung động so với tiện cứng truyền thống, tiến hành thí nghiệm tiện thép hợp kim 9XC đã tôi trên máy tiện MAZAK (hình 3.1) với dao tiện thép gió gắn mảnh hợp kim cứng như đã trình bày ở mục 2.3 ở... mặt chi tiết tiện cứng rung so với tiện cứng truyền thống không những có giá trị trung bình nhỏ hơn (0,7054% so với 1,302%) mà còn có phạm vi phân tán nhỏ hơn hẳn (Độ lệch chuẩn chỉ là 0,1187 so với 0,4455).Giảm cấp độ nhám từ 1 đến 2 cấp; o Độ tròn trung bình của các bề mặt tiện cứng truyền thống là 0,014%; trong khi giá trị này ở tiện cứng rung khoảng 0,005% Nghĩa 23 là, độ tròn của tiện rung chỉ bằng... thường là 1,302%; trong khi giá trị này ở tiện rung khoảng 0,7054% Nghĩa là, độ nhám của tiện rung chỉ bằng khoảng 1/2 lần so với độ nhám bề mặt khi tiện thường Hình 4.10 Kết quả so sánh độ tròn bề mặt tiện Kết quả thống kê trên hình 4.10, có thể thấy, độ tròn trung bình của các bề mặt tiện thường là 0,014%; trong khi giá trị này ở tiện rung khoảng 0,005% Nghĩa là, độ tròn của tiện rung chỉ bằng khoảng gần... phoi cho tiện cứng, phoi tiện có rung thường là phoi vụn; o Sơ bộ đánh giá tuổi bền dao: Độ mòn mảnh dao của tiện cứng có rung chỉ bằng khoảng 1/3 so với tiện cứng truyền thống(so sánh trên cùng một thể tích kim loại bị bóc đi là 7.5 mm3); 19 o Nhám bề mặt chi tiết tiện cứng rung so với tiện cứng truyền thống không những có giá trị trung bình nhỏ hơn (0,7054% so với 1,302%) mà còn có phạm vi phân tán