Luận án tiến sĩ nghiên cứu khoan lỗ nhỏ và sâu trên hợp kim nhôm có trợ giúp của

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Chu Ngọc Hùng NGHIÊN CỨU KHOAN LỖ NHỎ VÀ SÂU TRÊN HỢP KIM NHÔM CÓ TRỢ GIÚP CỦA RUNG ĐỘNG SIÊU ÂM Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã Số: 9 52 01 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. Nguyễn Văn Dự THÁI NGUYÊN – NĂM 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Văn Dự. Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án (trừ những nội dung được trích dẫn) là hoàn toàn do bản thân tự nghiên cứu, không sao chép của bất kỳ ai hay nguồn nào. Thái Nguyên, ngày… tháng….

năm 2019 Tác giả luận án Chu Ngọc Hùng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ii LỜI CẢM ƠN Luận án này có thể chưa bao giờ được hoàn thành nếu không có sự hướng dẫn và trợ giúp của PGS.TS Nguyễn Văn Dự. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn về tất cả sự giúp đỡ của Thầy dành cho tôi trong suốt thời gian qua. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Trần Minh Đức, người đầu tiên mà tôi đã học được cơ khí là gì, người đã luôn dành sự quan tâm và cho tôi những lời khuyên trong suốt quá trình tôi thực hiện luận án này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Phan Quang Thế, vì sự quan tâm đặc biệt của Thầy dành cho tôi, người đã truyền cảm hứng cho tôi trong suốt quá trình học tập.

Tôi không thể quên gửi lời cảm ơn đến GS.TS Nguyễn Đăng Bình, người đã định hướng cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Tiến Hưng, người đã giúp đỡ tôi bất cứ khi nào tôi cần. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Ngô Như Khoa, người đã tài trợ cho tôi những thiết bị đo đắt tiền, khó mua cho các thí nghiệm của tôi. Tôi sẽ không viết những dòng này nếu không phải vì Bố Mẹ yêu quí của tôi, cảm ơn Bố Mẹ đã nuôi dưỡng tôi để tôi có được ngày hôm nay.

Tôi không thể tìm được những từ thích hợp để cảm ơn vợ của tôi, Ngô Thị Bích Ngọc và hai con gái của tôi, Chu Thúy Hiền và Chu Thảo Hiền, cảm ơn em và các con đã dành cho tôi một tình yêu vô điều kiện. Thái Nguyên, ngày… tháng…. năm 2019 Tác giả luận án Chu Ngọc Hùng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 1 Tính cấp thiết .1 2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .4 3 Phương pháp nghiên cứu .4 4 Ý nghĩa khoan học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài.1 Ý nghĩa khoa học .2 Ý nghĩa thực tiễn.4 5 Những đóng góp mới của đề tài .5 6 Cấu trúc nội dung luận án.5 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CÓ TRỢ GIÚP CỦA RUNG ĐỘNG SIÊU ÂM .2 Một số khái niệm về rung động siêu âm .1 Rung động siêu âm .2 Các phương pháp tạo rung siêu âm .3 Ứng dụng của siêu âm trong gia công cơ .1 Gia công siêu âm .2 Gia công siêu âm quay .3 Gia công có trợ giúp của rung động siêu âm .4 Tổng quan các nghiên cứu thực nghiệm về UAD .1 Ảnh hưởng của UAD đến quá trình tạo phoi .12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Ảnh hưởng của UAD đến lực dọc trục khi khoan .3 Ảnh hưởng của UAD đến mô men khi khoan .4 Ảnh hưởng của UAD đến nhiệt cắt .5 Ảnh hưởng của UAD đến chất lượng gia công .6 Ảnh hưởng của UAD đến tuổi bền dụng cụ .7 Ảnh hưởng của UAD đến năng suất gia công .5 Tổng quan các nghiên cứu lí thuyết về UAD .6 Một số vấn đề về gia công hợp kim nhôm .1 Tính gia công của hợp kim nhôm .2 Tính gia công của hợp kim nhôm khi khoan .26 Kết luận chương .28 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH KHOAN CÓ TRỢ GIÚP CỦA RUNG ĐỘNG SIÊU ÂM.2 Khoan có trợ giúp của rung động siêu âm.2 Cơ chế của quá trình khoan có trợ giúp của rung động siêu âm .3 Động học quá trình khoan có trợ giúp của rung động siêu âm .4 Cơ chế giảm lực cắt trong khoan có trợ giúp của rung động siêu âm .3 Lực dọc trục và mô men khi khoan .1 Lực dọc trục và mô men độc lập với độ sâu lỗ khoan .2 Lực dọc trục và mô men phụ thuộc độ sâu lỗ khoan .38 Kết luận chương .42 Chương 3 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM .44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Các thành phần chính của hệ thống rung siêu âm .1 Máy phát điện siêu âm .2 Bộ chuyển đổi siêu âm .3 Đầu khuếch đại biên độ .3 Thiết kế hệ thống khoan có trợ giúp của rung động siêu âm .1 Thiết kế cấu trúc .2 Thiết kế chi tiết .4 Chế tạo, lắp ráp và hiệu chỉnh hệ thống .1 Chế tạo, lắp ráp hệ thống .2 Đo kiểm bằng thiết bị phân tích trở kháng .3 Đo kiểm bằng thiết bị hiện sóng số .4 Đo biên độ rung động .5 Thực nghiệm đánh giá hệ thống rung siêu âm trợ giúp khoan .5 Xây dựng hệ thống thí nghiệm .1 Mục đích và phương pháp thí nghiệm .2 Thiết bị thí nghiệm.3 Dụng cụ đo và thiết bị thu thập dữ liệu .70 Kết luận chương .74 Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHOAN LỖ SÂU CÓ TRỢ GIÚP CỦA RUNG ĐỘNG SIÊU ÂM.2 Tiến hành thí nghiệm .1 Thí nghiệm với lực tiến dao không đổi.76 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Thí nghiệm với tốc độ tiến dao không đổi .3 Một số ưu việt của UAD khi khoan lỗ sâu với lực tiến dao không đổi .1 Tốc độ tiến dao .2 Độ sâu lỗ đạt được .3 Mô men và nhiệt độ chi tiết khi khoan .4 Luận giải ưu việt của UAD .4 Một số ưu việt của UAD khi khoan lỗ sâu với tốc độ tiến dao không đổi .1 Lực dọc trục và mô men khi khoan .2 Mô men cắt khi khoan .3 Độ sâu an toàn của lỗ khoan .5 Lựa chọn bộ thông số gia công .106 Kết luận chương .116 Chương 5 PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH MÔ TẢ MÔ MEN KHI KHOAN LỖ SÂU 118 5.2 Một số mô hình đã có .3 Mô hình đề xuất .1 Mô men cắt .2 Mô men thoát phoi .3 Mô men trượt gián đoạn .128 Kết luận chương .130 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT.132 Kết luận chung .132 Đề xuất nghiên cứu tiếp theo .133 TÀI LIỆU THAM KHẢO.134 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vii DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .151 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Quĩ đạo rung trong gia công có trợ giúp của rung động siêu âm [36].2 Một số giải pháp công nghệ cải thiện quá trình khoan hợp kim nhôm. 1 Một số công thức tính mô men và lực dọc trục khi khoan.

2 Kết quả tính lực dọc trục và mô men. 1 Thông số của bộ chuyển đổi siêu âm .2 Đặc tính cơ học và đặc tính truyền âm của đầu khuếch đại, ống kẹp, mũi khoan. 3 Thông số kĩ thuật của thiết bị phân tích trở kháng .4 Thông số của thiết bị hiện sóng số PicoScope .5 Tần số cộng hưởng của cơ cấu rung khi độ dài mũi khoan (L) thay đổi. 6 Thông số kĩ thuật của đầu đo biên độ siêu âm kĩ thuật số .7 Thông số rung trong một số công bố cùng lĩnh vực.

8 Các thông số cơ bản của máy gia công. 9 Bảng thông số mũi khoan. 10 Thành phần hóa học của vật liệu mẫu thí nghiệm. 11 Thông số máy phát điện siêu âm.

12 Các thông số cơ bản của đầu đo lực cắt 3 thành phần .13 Các thông số cơ bản của Load cell. 14 Các thông số cơ bản của cảm biến đo mô men. 15 Thông số của cảm biến nhiệt độ. 16 Bảng thông số của cảm biến dịch chuyển.73 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ix Bảng 3.

17 Bảng thông số của bộ thu thập dữ liệu. 1 Các thông số thí nghiệm với lực tiến dao không đổi. 2 Các thông số thí nghiệm với tốc độ tiến dao không đổi. 3 Ký hiệu và giá trị các thông số thí nghiệm .4 Số liệu thống kê năng suất gia công trung bình.5 Giá trị mô men cắt.

6 Kết quả so sánh mô men cắt theo cặp .7 Độ sâu an toàn (LMAX) đạt được. 8 Các thông số thí nghiệm. 9 Kết quả thực nghiệm. 10 Tỉ số S/N của các chỉ tiêu và chuẩn hóa trong khoảng [0-1].

11 Hệ số quan hệ xám và độ xám trung bình. 12 Mức độ ảnh hưởng của các thông số gia công đến độ xám. 13 Bảng kết quả thực nghiệm .1 Các biến và mức thí nghiệm hồi quy .2 Kết quả hồi quy hệ số C của mô men cắt .3 Kết quả hồi quy hệ số A trong mô hình mô men thoát phoi .4 Kết quả so sánh theo cặp các hệ số A .5 Kết quả hồi quy các hệ số ai, i=1…3 .6 Kết quả so sánh theo cặp .130 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com x DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hiệu ứng áp điện [32] .2 Cơ cấu rung: PZT dạng màng mỏng (a), PZT dạng Sandwich (b) .3 Nguyên lý gia công siêu âm [33] .4 Nguyên lí gia công siêu âm quay [35]: gia công lỗ (a), mài bề mặt (b) .5 Tiện có trợ giúp của rung động siêu âm [38] .6 Các phương án bổ sung rung động vào quá trình gia công [33] .1 Kiểu rung trong UAD [76]: rung dọc trục (a), rung xoắn (b), rung kết hợp (c) .2 Dao động của mũi khoan khi rung [84] .3 Sơ đồ phân tích động học quá trình cắt khi bổ sung rung động dọc trục [1], [2], [85].4 Các giá trị lực dọc trục (a), mô men (b) tính theo công thức trong các tài liệu và kết quả thực nghiệm.5 Lực dọc trục trong quá trình khoan [94] .6 Các thành phần lực tác động lên mũi khoan trong mặt phẳng dọc trục (a) và trong mặt phẳng vuông góc với trục mũi khoan (b) [94] .7 Mô men và lực cắt thay đổi theo độ sâu lỗ khoan [88] .8 Biến động của lực dọc trục và mô men khi khoan với mũi khoan có và không có rãnh bẻ phoi [90] .9 Đặc trưng của lực cắt theo độ sâu lỗ khoan [91].10 Lực dọc trục và mô men thay đổi theo độ sâu lỗ khoan [92].