Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật: Thiết kế, chế tạo cơ cấu tạo rung động trợ giúp gia công cơ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN<br /> ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP<br /> <br /> PHAN VĂN NGHỊ<br /> <br /> THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CƠ CẤU TẠO RUNG ĐỘNG TRỢ<br /> GIÚP GIA CÔNG CƠ<br /> <br /> 2012<br /> <br /> Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật<br /> <br /> Chuyên ngành: CN-CTM<br /> <br /> Lời cam đoan<br /> Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận văn<br /> này là của bản thân thực hiện, chƣa đƣợc sử dụng cho bất kỳ<br /> một khóa luận tốt nghiệp nào khác. Theo hiểu biết cá nhân,<br /> chƣa có tài liệu khoa học nào tƣơng tự đƣợc công bố, trừ<br /> những thông tin tham khảo đƣợc trích dẫn.<br /> <br /> Phan Văn Nghị<br /> Tháng 12 năm 2012<br /> <br /> Thực hiện: Phan Văn Nghị<br /> <br /> 1<br /> <br /> Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật<br /> <br /> Chuyên ngành: CN-CTM<br /> <br /> Lời cám ơn<br /> Trƣớc hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hƣớng dẫn khoa<br /> học của tôi, thầy giáo - PGS.TS. Nguyễn Văn Dự, ngƣời đã tận tình chỉ bảo,<br /> động viên và giúp đỡ cho tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt<br /> nghiệp. Thứ đến, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, Ths. Lê Duy Hội và Ths.<br /> Chu Ngọc Hùng đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình làm luận văn này. Tôi<br /> cũng xin cám ơn thầy giáo Cao Thanh Long và các kỹ thuật viên của DNTN Thái<br /> Long đã giúp đỡ tôi trong việc gia công, chế tạo các thiết bị thí nghiệm và thực<br /> hiện thí nghiệm cho đề tài này.<br /> Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí cũng nhƣ bộ<br /> môn Chế tạo máy, trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên<br /> đã tạo điều kiện để tôi đƣợc tham gia và hoàn thành khóa học này.<br /> Lòng biết ơn chân thành tôi xin bày tỏ với vợ và gia đình tôi, vì tất cả những<br /> gì mà mọi ngƣời đã dành cho tôi. Mọi ngƣời đã chăm sóc, động viên tôi trong<br /> suốt thời gian tôi sống, học tập và làm luận văn.<br /> Cuối cùng, tôi xin cám ơn các thầy cô giáo, các bạn bè, đồng nghiệp trong<br /> trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên đã hỗ trợ và giúp<br /> đỡ trong thời gian học tập của tôi.<br /> <br /> Thực hiện: Phan Văn Nghị<br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> 2<br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật<br /> <br /> Chuyên ngành: CN-CTM<br /> <br /> Tóm tắt<br /> Qua việc phân tích một cách hệ thống các ƣu điểm vƣợt trội của phƣơng<br /> pháp gia công có rung động trợ giúp và các nguyên lý tạo rung động, 2 cơ cấu tạo<br /> rung động đặt lên phôi khi khoan đã đƣợc mô hình, tính toán, thiết kế và chế tạo.<br /> Hai cơ cấu tạo rung này đƣợc thiết kế lần lƣợt theo 2 nguyên lý: Cơ cấu tạo rung<br /> theo nguyên lý li tâm cơ khí và cơ cấu tạo rung theo nguyên lý áp điện.<br /> Cơ cấu tạo rung tần số thấp (khoảng 50 Hz) theo nguyên lý li tâm cơ khí<br /> đã đƣợc chọn để tạo rung động trợ giúp cho quá trình thí nghiệm khoan hợp kim<br /> nhôm. Cơ cấu lệch tâm đã chế tạo có thể tạo rung động với tần số từ 26 đến 60<br /> Hz, biên độ từ 2 đến 12 micromet, đƣợc tích hợp vào hệ thống gia công nhằm<br /> tạo rung cho phôi theo phƣơng dọc trục mũi khoan. Các lỗ có đƣờng kính 1,5<br /> mm, chiều sâu 13 mm (L/D = 9) đã đƣợc gia công đối chứng cả bằng khoan<br /> thƣờng và khoan có bổ sung rung động.<br /> Các bộ thí nghiệm đã đƣợc thiết kế nhằm so sánh độ tròn, độ trụ và<br /> năng suất giữa hai chế độ gia công khoan truyền thống và khoan có rung động<br /> trợ giúp. Vấn đề kẹt phoi, gãy mũi khoan khi khoan nhôm và hợp kim nhôm<br /> gần nhƣ đã đƣợc khắc phục hoàn toàn. Số liệu thực nghiệm về độ lay động<br /> đƣờng kính và độ tròn lỗ khoan đƣợc phân tích so sánh thông qua kiểm<br /> nghiệm so sánh t (2 sample t-test) trên 36 mẫu đo. Kết quả cho thấy khoan có<br /> rung có thể làm giảm độ lay rộng đƣờng kính lỗ đến 3 lần, làm giảm độ không<br /> tròn của lỗ đến 2 lần so với khoan truyền thống.<br /> Trên thế giới, rung động trợ giúp gia công thƣờng đƣợc thực hiện nhờ các<br /> bộ tạo rung dùng động cơ servo cồng kềnh hoặc các tinh thể áp điện rất đắt tiền.<br /> Kết quả nghiên cứu này đã đem lại khả năng chủ động thiết bị, công nghệ cho<br /> phƣơng pháp gia công có rung động trợ giúp trở nên rất hứa hẹn tại Việt Nam,<br /> khắc phục đƣợc vấn đề cơ bản về chủ động vật tƣ, thiết bị và giá thành.<br /> <br /> Thực hiện: Phan Văn Nghị<br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> 3<br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật<br /> <br /> Chuyên ngành: CN-CTM<br /> <br /> Mục lục<br /> Lời cam đoan .................................................................................................................... 1<br /> Lời cám ơn ........................................................................................................................ 2<br /> Tóm tắt .............................................................................................................................. 3<br /> Các ký hiệu viết tắt ........................................................................................................... 7<br /> Danh mục các hình ảnh ..................................................................................................... 8<br /> Danh mục các bảng, biểu ................................................................................................ 11<br /> GIỚI THIỆU ................................................................................................................... 12<br /> 0.1.<br /> Vấn đề nghiên cứu .......................................................................................... 12<br /> 0.2.<br /> Các kết quả nghiên cứu gần đây ..................................................................... 13<br /> 0.3.<br /> Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 16<br /> 0.4.<br /> Các kết quả đã đạt đƣợc .................................................................................. 16<br /> 0.5.<br /> Cấu trúc luận văn ............................................................................................ 17<br /> Chƣơng 1 ........................................................................................................................ 19<br /> TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CÓ RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP ................................... 19<br /> 1.1. Giới thiệu ............................................................................................................. 19<br /> 1.2. Lịch sử ngành gia công có rung động trợ giúp .................................................... 19<br /> 1.3. Các phƣơng pháp gia công có rung động trợ giúp ............................................... 21<br /> 1.3.1. Phƣơng pháp cắt tích hợp siêu âm kiểu truyền thống (CUVC) .................... 21<br /> 1.3.2. Phƣơng pháp cắt tích hợp rung siêu âm kiểu elip (UEVC) .......................... 22<br /> 1.3.3. So sánh giữa các phƣơng pháp: cắt truyền thống (CC), CUCV và UECV... 23<br /> 1.4. Các phƣơng pháp tạo rung động trợ giúp gia công .............................................. 24<br /> 1.4.1. Tạo rung động bằng li tâm cơ khí ................................................................. 24<br /> 1.4.3. Tạo rung động bằng truyền dẫn lệch tâm ..................................................... 27<br /> 1.4.4. Tạo rung động bằng truyền dẫn khí nén hay thủy lực .................................. 28<br /> 1.4.5. Tạo rung động bằng việc ứng dụng hiệu ứng áp điện................................... 28<br /> 1.4.5.1.<br /> Hiệu ứng áp điện trong vật liệu gốm .............................................. 28<br /> 1.4.5.2.<br /> Các tính toán cơ bản về các cơ cấu PZT ......................................... 30<br /> 1.4.5.3. Các cơ cấu PZT với độ bền thấp và tải nhỏ ........................................... 31<br /> 1.5.<br /> So sánh, lựa chọn phƣơng pháp tạo rung để thiết kế, chế tạo và thử nghiệm . 34<br /> 1.6.<br /> Kết luận chƣơng .............................................................................................. 35<br /> Chƣơng 2 ........................................................................................................................ 37<br /> CÁC KHÓ KHĂN KHI KHOAN LỖ NHỎ .................................................................. 37<br /> TRÊN HỢP KIM NHÔM ............................................................................................... 37<br /> 2.1. Giới thiệu ............................................................................................................. 37<br /> 2.2. Các ứng dụng của nhôm và hợp kim nhôm ......................................................... 37<br /> 2.1.2. Tính gia công của hợp kim nhôm ................................................................. 41<br /> 2.3. Các vấn đề khi gia công hợp kim nhôm .............................................................. 42<br /> 2.3.1. Các vấn đề chung .......................................................................................... 42<br /> 2.3.1.1. Lực cắt khi gia công hợp kim nhôm ...................................................... 42<br /> 2.3.1.2. Sự hình thành và tách phoi..................................................................... 42<br /> 2.3.2. Các vấn đề khi khoan nhôm và hợp kim nhôm ............................................ 44<br /> 2.3.2.1.<br /> Biến dạng phoi khi khoan ............................................................... 45<br /> 2.3.2.2. Lực di chuyển phoi cho phoi xoắn ốc .................................................... 48<br /> 2.3.2.3. Lực di chuyển phoi cho phoi dải............................................................ 50<br /> 2.3.2.4. Ảnh hƣởng của thông số hình học mũi khoan đến sự tạo thành phoi xoắn<br /> ốc ......................................................................................................................... 51<br /> Thực hiện: Phan Văn Nghị<br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> 4<br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br />