Đánh giá ảnh hưởng của rung động tích cực để tiện cứng luận án tiến sĩ

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 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Thái Nguyên - 2014 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu –ĐHTN http://www.vn/ 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 Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí Mã số : 60520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS Nguyễn Văn Dự KHOA CƠ KHÍ DUYỆT BAN GIÁM HIỆU Thái Nguyên - 2014 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu –ĐHTN http://www.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận văn này là của bản thân thực hiện, chưa được sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp nào khác. Theo hiểu biết cá nhân, chưa có tài liệu khoa học nào tương tự được công bố, trừ những thông tin tham khảo được trích dẫn. Thái Nguyên, Tháng 03 năm 2014 Học viên Nguyễn Thị Lệ Hằng i Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu –ĐHTN http://www.vn/ LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn khoa học của tôi, thầy giáo - PGS.

Nguyễn Văn Dự, người đã tận tình chỉ bảo, động viên và giúp đỡ cho tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Thứ đến, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, Ths. Lê Duy Hội và Ths. Chu Ngọc Hùng đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình làm luận văn này.

Tôi cũng xin cảm ơn anh Nguyễn Đức Dũng và các kỹ thuật viên trong DNTN của anh Dũng đã giúp đỡ tôi trong việc gia công, chế tạo các thiết bị thí nghiệm và thực hiện thí nghiệm cho đề tài này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các phòng ban chức năng trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện để tôi được tham gia và hoàn thành khóa học này. Tôi xin cảm ơn các cán bộ, nhân viên của Trung tâm thí nghiệm - Trường ĐHKT Công nghiệp, phòng thí nghiệm kỹ thuật và công nghệ vật liệu đã giúp tôi hoàn thành luận văn này. Lòng biết ơn chân thành tôi xin bày tỏ với gia đình tôi, vì tất cả những gì mà mọi người đã dành cho tôi.

Mọi người đã chăm sóc, động viên tôi trong suốt thời gian tôi sống, học tập và làm luận văn. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô giáo, các bạn bè, đồng nghiệp trong trường Cao đẳng kinh tế kỹ thuật – Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện, hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và làm đề tài này. ii Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu –ĐHTN http://www.vn/ TÓM TẮT 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, nghiên cứu này giới thiệu một ứng dụng của rung động siêu âm với tần số cao nhằm trợ giúp gia công tiện tinh trên vật liệu là thép 9XC đã tôi đạt độ cứng 58 – 60 HRC. Một Piezo tạo rung theo nguyên lý áp điện có tần số rung động là 28 KHz, biên độ rung từ 2 đến 10 micromet được gắn vào đầu dao tiện nhằm tạo rung cho dao theo phương lực cắt.

Các phôi thép 9XC tôi cứng có đường kính 63 mm, chiều dài 40 mm đã được gia công bằng tiện tinh thường và tiện tinh có trợ giúp của rung động siêu âm tần số cao để so sánh đối chứng. Các bộ thí nghiệm đã được thiết kế nhằm so sánh độ nhám bề mặt, độ tròn, độ trụ và tuổi thọ của dao giữa hai chế độ gia công tiện truyền thống và tiện có rung động trợ giúp. Số liệu thực nghiệm về độ nhám bề mặt, độ tròn và độ trụ được phân tích so sánh thông qua kiểm nghiệm so sánh t (2 sample t-test) trên 18 mẫu đo. Kết quả cho thấy tiện cứng có sự trợ giúp của rung động siêu âm tần số cao có thể làm giảm độ nhám bề mặt các mẫu gia công, tăng cấp độ nhẵn cho bề mặt chi tiết sau khi tiện tinh từ một đến hai cấp tạo chất lượng bề mặt tốt hơn.

Khi tiện có rung trợ giúp xuất hiện hiện tượng bẻ phoi hiệu qủa, các dạng phoi tiện có rung động trợ giúp thường phoi vụn. Diện tích và chiều sâu vết lõm của bề mặt phần cắt mảnh dao tiện bị mòn khi sử dụng để gia công tiện cứng có rung trợ giúp chỉ bằng 30 so với khi tiện cứng truyền thống. Khả năng nâng cao năng suất, chất lượng bề mặt khi tiện có rung trợ giúp trên các vật liệu cứng khó gia công trở nên rất hứa hẹn tại Việt Nam. iii Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu –ĐHTN http://www.vn/ MỤC LỤC Trang Lời cam đoan.

iii Mục luc. iv Các ký hiệu viết tắt .vi Danh mục các hình ảnh .vii Danh mục các bảng, biểu .ix GIỚI THIỆU. TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG VÀ TIỆN CỨNG CÓ RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP .Phân tích đánh giá các công bố về khai thác rung động cho gia công tiện.Cơ sở và nguyên tắc khai thác rung siêu âm. Cơ sở khai thác rung siêu âm.

Nguyên tắc khai thác rung siêu âm ứng dụng hiệu ứng áp điện. Độ chính xác gia công. Khái niệm về độ chính xác gia công. Các yếu tố đánh giá độ chính xác gia công.

Chất lượng bề mặt gia công. Khái niệm về chất lượng bề mặt gia công. Tính chất hình học lớp bề mặt. Ảnh hưởng CLBM tới tính chất sử dụng của chi tiết máy.

Các yếu tố ảnh hưởng đến CLBM. Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt. Phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt. Kết luận chương.

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CƠ CẤU TẠO RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP GIA CÔNG TIỆN .Nguyên tắc tạo rung và tích hợp rung.Nguyên tắc tạo rung .Nguyên tắc tích hợp rung. Đề xuất thiết kế. 17 iv Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu –ĐHTN http://www. Sơ đồ nguyên lý gia công tiện cứng rung theo phương pháp tạo rung bằng các PZT.

Thiết kế, chế tạo thân dao tiện gắn mảnh hợp kim cứng và chọn mảnh dao. Lựa chọn, chế tạo và ghép nối bộ tạo rung siêu âm tần số cao PZT. Lắp ghép Piezo với thân dao tiện và bộ tạo xung. Máy phát điện áp xung.

Kết luận chương. THIẾT BỊ VÀ KẾ HOẠCH THÍ NGHIỆM.Thiết bị gia công .Dao tiện có tích hợp rung. Phôi gia công. Máy cắt dây CW322S:.

Kính hiển vi điện tử quét VEGA SBU EasyProbe. Đồng hồ so micromet .Máy đo độ cứng vật liệu phôi và máy đo độ nhám bề mặt phôi .Đồng hồ đo biên độ rung tại lưỡi cắt của dao tiện rung gắn mảnh hợp kim. Cách thu thập dữ liệu. Thiết kế thí nghiệm.

Tính toán số lượng mẫu thí nghiệm bằng tay. Tính toán số lượng mẫu thí nghiệm bằng máy. Kết luận chương. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ.

Trình tự thực hiện thí nghiệm. Các kết quả thực nghiệm. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm. Kết luận chương.

38 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT. 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 42 v Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu –ĐHTN http://www.vn/ CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT UVC Cắt rung siêu âm (Ultrasonic Vibration Cutting) CUVC Cắt rung siêu âm kiểu truyền thống (Conventional Ultrasonic Vibration Cutting) PZT Cơ cấu chuyển đổi áp điện (Piezoelectric Transducers) PZT-4 (Một loại cơ cấu chuyển đổi áp điện) USM Gia công siêu âm (Ultrasonic Machining) CLBM Chất lượng bề mặt CTM Chi tiết máy TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam vi Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu –ĐHTN http://www.vn/ DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH TT hình Nội dung Trang 1.1 G Gia công tiện cứng 5 1.2 Hiện ứng áp điện 8 1.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực cản và hành trình 9 1.4 PZT dạng miếng đơn trong công nghiệp 9 1.5 Các PZT xếp chồng 10 2.1(a) Mô hình tiện với rung động trợ giúp 15 2.1(b) Nguyên tắc tạo rung trong PZT 16 2.2 Mô hình phương án tiện rung 17 2.3(a) Sơ đồ nguyên lý gia công tiện cứng rung 18 2.3(b) Hình dáng và thông số của dao tiện 18 2.4 Hình dáng và thông số của mảnh dao hợp kim cứng 19 2.5 Kích thước PZT và cách đấu điện áp 19 2.6 Cách đấu nối các tấm thạch anh của PZT,Chồng PZT- đã ghép nối 20 2.7 Hình dáng và kích thước Piezo 20 2.8(a,b) Mô hình thiết kế tạo rung theo hiệu ứng áp điện và thiết bị gá rung thực tế 20 2.8c Mô hình đấu nối bộ tạo rung theo hiệu ứng áp điện 21 2.9 Máy phát điện áp xung, công suất 1200W 22 3.2 Mô hình thiết kế và thiết bị gá rung thực tế 25 3.3 Máy phát điện áp xung 25 3.4 Phôi thép 9XC 26 3.5 Máy cắt dây CW322S 26 3.6 Kính hiển vi điện tử VEGA SBU EasyProbe 27 3.7 Đồng hồ so 27 3.8 Máy đo độ cứng và máy đo độ nhám Mitutoyo 201 28 3.10 Đồng hồ đo biên độ rung micromet 28 3.11 Tính toán số lượng mẫu thí nghiệm cần thiết 30 vii Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu –ĐHTN http://www.1 Phoi tạo ra khi tiện thường và tiện rung 32 4.2 Đo độ nhám mặt trụ và mặt đầu của phôi tiện cứng 33 4.3 Nhám bề mặt (a) phôi tiện thường và (b) phôi tiện rung 33 4.4 Đo độ tròn và độ trụ của phôi tiện cứng: (a) Đo bằng panme, (b) Đo bằng đồng hồ so 34 4.5 Ảnh chụp phoi khi tiện thường và tiện rung 34 4.6 Ảnh chụp mảnh dao tiện bi mòn sau khi tiện thường và mảnh dao sau tiện rung 35 4.7 Kết quả so sánh độ nhám bề mặt 35 4.8 Kết quả so sánh độ nhám bề mặt 36 4.9 Phân bố độ nhám bề mặt; nét liền cho bề mặt tiện thường, nét đứt cho bề mặt tiện rung 36 4.10 Kết quả so sánh độ tròn bề mặt tiện 37 4.11 Phân bố độ tròn bề mặt; nét liền cho bề mặt tiện thường, nét đứt cho bề mặt tiện rung 37 4.12 Kết quả so sánh độ trụ bề mặt tiện 38 4.13 Phân bố độ trụ bề mặt; nét liền cho bề mặt tiện thường, nét đứt cho bề mặt tiện rung 38 viii Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu –ĐHTN http://www.vn/ Luận án đầy đủ ở file: Luận án Full