Luận văn thạc sĩ kỹ thuật cơ khí ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt sản phẩm tiện siêu âm

Khám phá ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt trong quá trình tiện siêu âm, từ đó tối ưu hóa quy trình sản xuất.

• Tác giả: Nguyễn Trường Hải
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thanh Hải
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Ảnh Hưởng Của Thông Số Công Nghệ Đến Chất Lượng Bề Mặt Khi Tiện Siêu Âm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.3. Nhận xét tình hình nghiên cứu
• 1.4. Tính cấp thiết và lý do lựa chọn đề tài
• 1.4.1. Tính cấp thiết
• 1.4.2. Lý do chọn đề tài
• 1.5. Mục tiêu luận văn
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6.1. Phương pháp thu thập và tổng hợp dữ liệu
• 1.6.2. Phương pháp phân tích thực nghiệm
• 1.6.3. Phương pháp phân tích so sánh
• 1.7. Ý nghĩa khoa học của luận văn
• 1.8. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TIỆN
• 2.1. Tiện dọc trục
• 2.2. Tiện mặt đầu
• 2.3. Tiện ren ngoài
• 2.4. Tiện ren trong
• 2.5. Tiện theo biên dạng
• 2.6. Các thông số ảnh hưởng đến nguyên công tiện
• 2.6.1. Bước tiến dao (feed rate)
• 2.6.2. Chiều sâu cắt (depth of cut)
• 2.6.3. Độ nhám bề mặt
• 2.6.4. Lực cắt trong gia công kim loại và độ nhám bề mặt trên máy tiện
• 2.7. Lý thuyết cơ bản về tiện sử dụng đầu rung siêu âm
• 2.7.1. Một số ứng dụng liên quan của sóng siêu âm
• 2.7.2. Ảnh hưởng của rung siêu âm đến vật liệu
• 2.8. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)
• 2.9. Chọn vật liệu
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
• 3.1. Mô phỏng tiện siêu âm ở mẫu C45
• 3.2. Mô phỏng tiện siêu âm với thép SKD11
• 3.3. Thiết bị thực hiện
• 3.4. Quá trình thực hiện
• 3.5. Thực nghiệm trên mẫu thép C45
• 3.6. Thực nghiệm trên mẫu thép SKD11
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Kết quả mô phỏng
• 4.1.1. Kết quả mô phỏng thép C45
• 4.1.2. Kết quả mô phỏng SKD11
• 4.1.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến tiện siêu âm
• 4.2. Kết quả thực nghiệm
• 4.2.1. Kết quả thực nghiệm trên mẫu thép C45
• 4.2.2. Kết quả thực nghiệm trên mẫu thép SKD11
• 4.2.3. Quy hoạch các kết quả thực nghiệm trên mẫu thép SKD11
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TIỆN THƯỜNG VÀ TIỆN CÓ DAO CẮT RUNG TẦN SỐ 20 KHZ VỚI VẬT LIỆU THÉP C45
• PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TIỆN THƯỜNG VÀ TIỆN CÓ DAO CẮT RUNG TẦN SỐ 20 KHZ VỚI VẬT LIỆU PHÔI SKD11

Tóm tắt

I. Giới thiệu về tiện siêu âm và chất lượng bề mặt

Tiện siêu âm là một kỹ thuật gia công tiên tiến, sử dụng rung động siêu âm để cải thiện chất lượng bề mặt và giảm lực cắt. Phương pháp này đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại. Thông số công nghệ như chiều sâu cắt, vận tốc cắt và tốc độ tiến dao đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ nhám bề mặt và độ bóng bề mặt. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng công nghệ của các thông số này trong quá trình gia công siêu âm.

1.1. Tiện siêu âm và quá trình gia công

Tiện siêu âm là phương pháp gia công sử dụng rung động siêu âm để tác động lên dụng cụ cắt, giúp giảm lực cắt và cải thiện chất lượng bề mặt. Quá trình này được thực hiện trên máy tiện TUDA-MYLER với phôi thép C45 và SKD11. Quá trình gia công được mô phỏng bằng phần mềm ABAQUS để phân tích ảnh hưởng công nghệ của các thông số như chiều sâu cắt, vận tốc cắt và tốc độ tiến dao.

1.2. Chất lượng bề mặt và độ nhám bề mặt

Chất lượng bề mặt là một yếu tố quan trọng trong gia công cơ khí, đặc biệt là trong tiện siêu âm. Độ nhám bề mặt được đo lường và phân tích thông qua các thí nghiệm thực tế và mô phỏng. Kết quả cho thấy rằng tiện siêu âm giúp giảm đáng kể độ nhám bề mặt so với phương pháp tiện truyền thống, đặc biệt khi sử dụng các thông số công nghệ tối ưu.

II. Thông số công nghệ và tối ưu hóa quá trình tiện

Thông số công nghệ như chiều sâu cắt, vận tốc cắt và tốc độ tiến dao có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt trong tiện siêu âm. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp tối ưu hóa quá trình tiện để xác định các thông số tối ưu nhằm đạt được độ nhám bề mặt thấp nhất. Các kết quả thực nghiệm và mô phỏng cho thấy rằng việc điều chỉnh các thông số này có thể cải thiện đáng kể độ bóng bề mặt và giảm lực cắt.

2.1. Chiều sâu cắt và vận tốc cắt

Chiều sâu cắt và vận tốc cắt là hai thông số công nghệ quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt trong tiện siêu âm. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tăng chiều sâu cắt và vận tốc cắt có thể làm tăng độ nhám bề mặt, nhưng nếu được điều chỉnh hợp lý, chúng có thể giúp cải thiện độ bóng bề mặt.

2.2. Tốc độ tiến dao và tối ưu hóa quá trình tiện

Tốc độ tiến dao là một yếu tố quan trọng khác trong tối ưu hóa quá trình tiện. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc giảm tốc độ tiến dao có thể giúp giảm độ nhám bề mặt và cải thiện chất lượng bề mặt. Tuy nhiên, cần cân nhắc giữa tốc độ tiến dao và năng suất gia công để đạt được hiệu quả tối ưu.

III. Kỹ thuật tiện siêu âm và ứng dụng thực tiễn

Kỹ thuật tiện siêu âm đã được chứng minh là có hiệu quả cao trong việc cải thiện chất lượng bề mặt và giảm lực cắt. Nghiên cứu này không chỉ tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng công nghệ của các thông số mà còn đề xuất các giải pháp tối ưu hóa quá trình tiện để ứng dụng trong thực tế. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong các ngành công nghiệp gia công kim loại, đặc biệt là với các vật liệu khó gia công như thép SKD11.

3.1. Ứng dụng thực tiễn của tiện siêu âm

Tiện siêu âm đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp gia công kim loại, đặc biệt là với các vật liệu khó gia công như thép SKD11. Nghiên cứu này đề xuất các giải pháp tối ưu hóa quá trình tiện để cải thiện chất lượng bề mặt và giảm lực cắt, giúp tăng năng suất và hiệu quả gia công.

3.2. Kỹ thuật tiện siêu âm và cải tiến công nghệ

Kỹ thuật tiện siêu âm đã được cải tiến đáng kể trong những năm gần đây, với việc áp dụng các công nghệ mới như mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích ảnh hưởng công nghệ của các thông số. Những cải tiến này giúp nâng cao hiệu quả của tiện siêu âm và mở rộng phạm vi ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành kỹ thuật cơ khí, gia công tiện là một trong những nguyên công cơ bản và phổ biến nhất, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất hàng loạt các chi tiết máy. Theo ước tính, chi phí liên quan đến việc sử dụng chất lỏng cắt trong gia công có thể chiếm từ 16% đến 30% tổng chi phí sản xuất, đặc biệt với các vật liệu khó gia công. Do đó, việc cải tiến quy trình gia công nhằm giảm thiểu chi phí và tác động môi trường là rất cần thiết. Tiện siêu âm, một công nghệ gia công mới, đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới nhằm giảm lực cắt, nhiệt độ vùng cắt và cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm.

Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ như chiều sâu cắt, vận tốc cắt và tốc độ tiến dao đến chất lượng bề mặt sản phẩm trong quá trình tiện siêu âm. Nghiên cứu được thực hiện trên máy tiện TUDA-MYLER với phôi thép C45 và SKD11 đã qua nhiệt luyện, kết hợp mô phỏng phần tử hữu hạn bằng phần mềm ABAQUS để phân tích lực cắt và độ nhám bề mặt. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các điều kiện cắt khác nhau nhằm xác định thông số tối ưu cho quá trình tiện siêu âm.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện rõ qua việc giảm nhiệt độ vùng cắt đến 48%, giảm lực cắt từ 30-50% và cải thiện độ nhám bề mặt hơn 40% so với phương pháp tiện truyền thống. Kết quả này không chỉ góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn giảm thiểu chi phí và tác động môi trường, đồng thời mở ra hướng ứng dụng rộng rãi công nghệ tiện siêu âm tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết gia công tiện truyền thống và lý thuyết tiện có hỗ trợ rung siêu âm (Ultrasonically Assisted Turning - UAT).

• Lý thuyết gia công tiện truyền thống tập trung vào các thông số cơ bản như tốc độ cắt, bước tiến dao, chiều sâu cắt và ảnh hưởng của chúng đến lực cắt, nhiệt độ vùng cắt và độ nhám bề mặt. Các công thức tính lực cắt dựa trên hệ số năng lượng cắt, chiều sâu cắt và bước tiến dao được sử dụng để phân tích.

• Lý thuyết tiện siêu âm mô tả quá trình rung động tần số cao (khoảng 20 kHz) được truyền vào dụng cụ cắt, tạo ra các tác động dao động nhỏ giúp giảm lực cắt và nhiệt độ vùng gia công. Mô hình phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM) được áp dụng để mô phỏng sự phân bố ứng suất, nhiệt độ và lực cắt trong quá trình gia công.

Các khái niệm chính bao gồm: độ nhám bề mặt (Ra, Rz), lực cắt chính, nhiệt độ vùng cắt, biên độ và tần số rung siêu âm, cũng như các thông số công nghệ như vận tốc cắt, tốc độ tiến dao và chiều sâu cắt.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp thực nghiệm và mô phỏng số:

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quá trình tiện siêu âm trên máy tiện TUDA-MYLER với phôi thép C45 và SKD11 đã qua nhiệt luyện. Các thông số công nghệ được biến đổi gồm chiều sâu cắt (0,15 - 0,45 mm), vận tốc cắt và tốc độ tiến dao. Độ nhám bề mặt được đo bằng thiết bị chuyên dụng, lực cắt và nhiệt độ vùng cắt được ghi nhận qua cảm biến.

• Phương pháp phân tích: Mô phỏng phần tử hữu hạn 2D trực giao được thực hiện bằng phần mềm ABAQUS để phân tích lực cắt, ứng suất và nhiệt độ trong quá trình gia công. Phân tích thống kê và quy hoạch thực nghiệm được áp dụng để đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu bắt đầu từ tháng 9/2022 đến tháng 6/2023, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, mô phỏng, thực nghiệm và phân tích kết quả.

Cỡ mẫu thực nghiệm được thiết kế phù hợp với các cấp độ thông số nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả. Phương pháp chọn mẫu dựa trên quy hoạch thực nghiệm có kiểm soát để tối ưu hóa các thông số.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm lực cắt đáng kể: Tiện siêu âm giảm lực cắt trung bình từ 30% đến 50% so với tiện truyền thống, đặc biệt ở các mức chiều sâu cắt và vận tốc cắt khác nhau. Ví dụ, tại chiều sâu cắt 0,25 mm, lực cắt giảm khoảng 40% so với phương pháp thông thường.

2. Cải thiện độ nhám bề mặt: Độ nhám bề mặt (Ra) giảm trung bình hơn 40% khi sử dụng tiện siêu âm. Ở vận tốc tiến dao 0,111 mm/vòng và tốc độ quay 110 vòng/phút, độ nhám giảm tối đa đến 55,37%.

3. Giảm nhiệt độ vùng cắt: Nhiệt độ vùng cắt giảm khoảng 25% đến 48% so với tiện truyền thống, giúp giảm mài mòn dụng cụ và tăng tuổi thọ máy móc.

4. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ: Chiều sâu cắt và vận tốc tiến dao có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt và lực cắt. Tiện siêu âm làm giảm sự ảnh hưởng tiêu cực của vận tốc tiến dao lên độ nhám bề mặt, giúp duy trì chất lượng bề mặt ổn định hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm lực cắt và nhiệt độ vùng cắt là do cơ chế tiếp xúc không liên tục giữa dao và phôi trong quá trình rung siêu âm, làm giảm ma sát và nhiệt sinh ra. Mô hình phần tử hữu hạn cho thấy ứng suất và nhiệt độ phân bố đồng đều hơn, giảm tập trung nhiệt tại vùng cắt.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với báo cáo của nhóm tác giả Teimouri và Feng Jiao, khẳng định hiệu quả của rung siêu âm trong giảm lực cắt và cải thiện độ nhám bề mặt. Việc giảm nhiệt độ cũng góp phần làm giảm ứng suất dư trên bề mặt phôi, tăng độ bền và độ chính xác của chi tiết gia công.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh lực cắt và độ nhám bề mặt giữa tiện truyền thống và tiện siêu âm ở các mức thông số khác nhau, cũng như bảng phân tích nhiệt độ vùng cắt. Các biểu đồ này minh họa rõ ràng sự ưu việt của phương pháp tiện siêu âm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng tiện siêu âm trong gia công kim loại khó: Khuyến nghị các doanh nghiệp sản xuất sử dụng phương pháp tiện siêu âm cho các vật liệu khó gia công như thép SKD11 để giảm lực cắt và cải thiện chất lượng bề mặt, dự kiến triển khai trong vòng 12 tháng.

2. Đào tạo kỹ thuật viên và kỹ sư: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ tiện siêu âm và vận hành máy tiện TUDA-MYLER, nhằm nâng cao năng lực vận hành và bảo trì thiết bị, thực hiện trong 6 tháng đầu năm.

3. Đầu tư trang thiết bị hỗ trợ: Khuyến khích đầu tư bộ chuyển đổi siêu âm và thiết bị đo lường hiện đại để kiểm soát chính xác các thông số rung động, đảm bảo hiệu quả gia công tối ưu, kế hoạch đầu tư trong 18 tháng tới.

4. Nghiên cứu mở rộng và tối ưu hóa thông số: Tiếp tục nghiên cứu mở rộng phạm vi vật liệu và điều kiện gia công, đồng thời tối ưu hóa các thông số công nghệ dựa trên mô hình phần tử hữu hạn và thực nghiệm, thực hiện liên tục trong 2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và chuyên gia gia công cơ khí: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ tiện siêu âm, giúp cải thiện quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

2. Doanh nghiệp sản xuất cơ khí: Thông tin về hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của tiện siêu âm hỗ trợ doanh nghiệp quyết định đầu tư công nghệ mới, giảm chi phí và tăng năng suất.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và nghiên cứu về công nghệ gia công tiên tiến, đặc biệt trong lĩnh vực gia công kim loại.

4. Nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm và mô phỏng để phát triển các giải pháp gia công mới, mở rộng ứng dụng tiện siêu âm trong các ngành công nghiệp khác nhau.

Câu hỏi thường gặp

1. Tiện siêu âm khác gì so với tiện truyền thống?
   Tiện siêu âm sử dụng rung động tần số cao (khoảng 20 kHz) truyền vào dụng cụ cắt, giúp giảm lực cắt, nhiệt độ vùng cắt và cải thiện độ nhám bề mặt so với tiện truyền thống.

2. Các thông số công nghệ nào ảnh hưởng nhiều nhất đến chất lượng bề mặt?
   Chiều sâu cắt và vận tốc tiến dao là hai thông số ảnh hưởng lớn nhất. Tiện siêu âm giúp giảm tác động tiêu cực của vận tốc tiến dao lên độ nhám bề mặt.

3. Tiện siêu âm có thể áp dụng cho những vật liệu nào?
   Phương pháp này phù hợp với các vật liệu khó gia công như thép SKD11, thép không gỉ và các hợp kim đặc biệt, giúp giảm lực cắt và tăng tuổi thọ dụng cụ.

4. Làm thế nào để đo độ nhám bề mặt chính xác?
   Độ nhám bề mặt được đo bằng thiết bị chuyên dụng, sử dụng các tham số như Ra, Rz để đánh giá mức độ gồ ghề và độ hoàn thiện của bề mặt.

5. Tiện siêu âm có giúp giảm chi phí sản xuất không?
   Có, nhờ giảm lực cắt, nhiệt độ và mài mòn dụng cụ, tiện siêu âm giúp tiết kiệm chi phí vật liệu, năng lượng và tăng tuổi thọ máy móc, đồng thời giảm chi phí xử lý chất lỏng cắt.

Kết luận

• Tiện siêu âm giảm lực cắt trung bình 30-50% và nhiệt độ vùng cắt đến 48% so với tiện truyền thống.
• Độ nhám bề mặt cải thiện hơn 40%, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm gia công.
• Mô hình phần tử hữu hạn kết hợp thực nghiệm cho thấy sự phân bố ứng suất và nhiệt độ đồng đều hơn trong quá trình tiện siêu âm.
• Nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng rộng rãi tiện siêu âm trong gia công kim loại khó tại Việt Nam.
• Đề xuất triển khai đào tạo, đầu tư thiết bị và nghiên cứu mở rộng nhằm tối ưu hóa công nghệ trong vòng 1-2 năm tới.

Luận văn khuyến khích các đơn vị sản xuất và nghiên cứu tiếp tục ứng dụng và phát triển công nghệ tiện siêu âm để nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------- NGUYỄN TRƯỜNG HẢI ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT SẢN PHẨM TIỆN SIÊU ÂM. EFFECTS OF PROCESSING PARAMETERS ON SURFACT QUALITY OF ULTRASONIC – ASSISTED TURING PROCESS Chuyên ngành: Kĩ thuật cơ khí Mã số: 8520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2023 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.

NGUYỄN THANH HẢI (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS. TRƯƠNG NGUYÊN LUÂN VŨ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. PHẠM QUANG TRUNG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 02 tháng 07 năm 2023 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1.

BÙI TRỌNG HIẾU. TRƯƠNG NGUYÊN LUÂN VŨ. PHẠM QUANG TRUNG. LÊ THẾ TRUYỀN.

BÀNH QUỐC NGUYÊN .- THƯ KÝ Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN TRƯỜNG HẢI. MSHV: 2070123 Ngày, tháng, năm sinh: 14/04/1990 Nơi sinh: Tỉnh Đồng Tháp Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã chuyên ngành: 8520103 I. TÊN ĐỀ TÀI: Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt sản phẩm tiện siêu âm.

Effects of processing parameters on surfact quality of ultrasonic – assisted turing process NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu các thông số cơ bản một quy trình tiện sử dụng đầu rung siêu âm. - Mô phỏng mô hình tiện 3D trực giao để phân tích sự ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt quá trình tiện siêu âm bằng phần mềm ABAQUS. - Thực nghiệm tiện siêu âm trên máy tiện TUDA-MYLER với phôi tiện là C45 và SKD11 sau nhiệt luyện. Xác định ảnh hường của thông số công nghệ: chiều sâu cắt, vận tốc cắt và tốc độ tiến dao đến bề mặt sản phẩm.

- Phân tích bề mặt, chụp ảnh SEM, xử lý các kết quả thực nghiệm để xác định thông số tiện siêu âm tối ưu với phôi thép SKD11 sau nhiệt luyện. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/09/2022 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/06/2023 IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Người hướng dẫn: PGS.

Nguyễn Thanh Hải Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2023 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ ii LỜI CẢM ƠN. Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. Nguyễn Thanh Hải.

Nhờ sự tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ của thầy mà em mới có thể thực hiện và hoàn thành luận văn này. Bên cạnh đó em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí trường Đại Học Bách Khoa Tp. HCM, đặc biệt là Quý Thầy cô Bộ môn Công Nghệ và thiết bị vật liệu – Khoa Cơ Khí đã nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt cho em nhiều kiến thức và kinh nghiệm trong suốt quá trình học tập tại trường. Em xin gửi lời cám ơn đến bạn sinh viên Nguyễn Đức Huy – Nguyễn Văn Hoài đã hỗ trợ nhiệt tình trong quá trình nghiên cứu.

Vì thời gian thực hiện luận văn không nhiều, kiến thức bản thân còn hạn chế, hơn nữa đây là đề tài tương đối mới nên số lượng tài liệu tham khảo không nhiều nên các thiếu sót trong luận văn là khó tránh khỏi. Kính mong quý thầy, cô xem xét, đóng góp ý kiến để em hoàn thiện hơn. MỘT LẦN NỮA, XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN! iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Trong những năm gần đây, việc áp dụng công nghệ mới vào đời sống và sản xuất ngày càng phát triển và áp dụng rung động siêu âm là công nghệ nổi bật trong đó. Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu ứng dụng rung động siêu âm trong xét nghiệm y học, sản xuất kinh doanh và phục vụ đời sống hàng ngày.

Tuy nhiên, việc áp dụng rung động siêu âm vào gia công cơ khí, cụ thể ở đây là nguyên công tiện chưa có nhiều nghiên cứu, ứng dụng thực tiễn. Chính vì vậy trong nghiên cứu này ta sẽ, đánh giá sự khác biệt các thông số công nghệ giữ tiện truyền thống và tiện thông thường sử dụng đầu rung siêu âm từ đó phân tích những ưu điểm mà tiện sử dụng đầu rung siêu âm mang lại. Luận văn” Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt sản phẩm tiện siêu âm.” nghiên cứu các thông số cơ bản một quy trình tiện sử dụng đầu rung siêu âm. Quy trình này được thực nghiệm trên máy tiện TUDA-MYLER và mô phỏng bằng phần mềm ABAQUS để khảo sát độ nhám bề mặt giữa ở tiện thông thường và tiện siêu âm ở các điều kiện cắt khác nhau, nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đó đến chất lượng bề mặt sản phẩm.

Phát triển mô hình phần tử hữu hạn của tiện 2D trực giao để phân tích các lực cắt chính ở các điều kiện cắt khác nhau trong quá trình tiện thông thường và có hỗ trợ đầu rung siêu âm. Quy hoạch thực nghiệm các kết quả khi tiện siêu âm trên kim loại khó gia công SKD11 đã tôi để xem xét sự ảnh hưởng của các thông số: tốc độ trục chính, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và độ nhám bề mặt sản. Nghiên cứu của luận văn có thể ứng dụng thực tiễn trong gia công kim loại, đem phương pháp này trở nên phổ đồng thời tìm ra những cách cải thiện để đạt tối ưu nhất khi áp dụng ở Việt Nam. iv ABSTRACT In recent years, the app.lication of new technology to life and production is increasingly developing, and the app.lication of ultrasonic vibration is the prominent technology in it.

In the world, there have been many researches on the app.lication of ultrasonic vibration in medical testing, production and business and serving daily life. However, the app.lication of ultrasonic vibration to mechanical processing, specifically here is the turning operation, has not had much research and practical app. Therefore, in this study, we will evaluate the difference between the technological parameters of traditional turning and conventional turning using ultrasonic vibrating heads, thereby analyzing the advantages that ultrasonic vibrating heads bring. Thesis " Effects of processing parameters on surfact quality of ultrasonic – assisted turing process." Study the basic parameters of a turning process using ultrasonic vibrating head.

This process was tested on a TUDA-MYLER lathe and simulated by ABAQUS software to investigate the surface roughness between conventional and ultrasonic turning at different cutting conditions, studying the influence of the parameters. that number to product surface quality. Development of a finite element model of orthogonal 2D turning to analyze the main cutting forces at different cutting conditions during conventional turning and with the aid of ultrasonic vibrating heads. Experimental planning of the results of ultrasonic turning on difficult-to-machine metal SKD11 was tempered to consider the influence of parameters: spindle speed, feed rate, depth of cut and surface roughness of the product.

The thesis' research can be app.lied practically in metal processing, making this method popular and finding ways to improve it to be optimal when app.lied in Vietnam. v LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Học viên Nguyễn Trường Hải vi MỤC LỤC 1.

Tình hình nghiên cứu. Tình hình nghiên cứu trong nước. Tình hình nghiên cứu ngoài nước. Nhận xét tình hình nghiên cứu.

Tính cấp thiết và lý do lựa chọn đề tài. Tính cấp thiết. Lý do chọn đề tài. Mục tiêu luận văn.

Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp thu thập và tổng hợp dữ liệu. Phương pháp phân tích thực nghiệm. Phương pháp phân tích so sánh.

Ý nghĩa khoa học của luận văn. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn.1 Tổng quan về phương pháp tiện .2 Tiện dọc trục .3 Tiện mặt đầu .5 Tiện ren ngoài .6 Tiện ren trong .7 Tiện theo biên dạng .2 Các thông số ảnh hưởng đến nguyên công tiện .2 Bước tiến dao (feed rate): .3 Chiều sâu cắt (depth of cut): .4 Độ nhám bề mặt .5 Lực cắt trong gia công kim loại và độ nhám bề mặt trên máy tiện: .3 Lý thuyết cơ bản về tiện sử dụng đầu rung siêu âm. Một số ứng dụng liên quan của sóng siêu âm. Ảnh hưởng của rung siêu âm đến vật liệu.4 Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM).5 Chọn vật liệu.

MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM. Mô phỏng tiện siêu âm ở mẫu C45. Mô phỏng tiện siêu âm với thép SKD11. Thiết bị thực hiện.

Qúa trình thực hiện. Thực nghiệm trên mẫu thép C45. Thực nghiệm trên mẫu thép SKD11. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .1 Kết quả mô phỏng .1 Kết quả mô phỏng thép C45 .2 Kết quả mô phỏng SKD 11 .3 Những yếu tố ảnh hưởng đến tiện siêu âm .2 Kết quả thực nghiệm .1 Kết quả Thực nghiệm trên mẫu thép C45.2 Kết quả Thực nghiệm trên mẫu thép SKD11.

Quy hoạch các kết quả thực nghiệm trên mẫu thép SKD11. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .106 TÀI LIỆU THAM KHẢO.107 PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TIỆN THƯỜNG VÀ TIỆN CÓ DAO CẮT RUNG TẦN SỐ 20 KHZ VỚI VẬT LIỆU THÉP C45 .109 PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TIỆN THƯỜNG VÀ TIỆN CÓ DAO CẮT RUNG TẦN SỐ 20 KHZ VỚI VẬT LIỆU PHÔI SKD11 .117 ix DANH MỤC HÌNH ẢNH.1: Các hướng bổ sung rung động trợ giúp tiện.2: Sơ đồ kết cấu cụm rung động khi gia công.3: Sơ đồ chi tiết thiết lập máy quay rung .4: Thiết lập gắn trên máy tiện CNC.5: So sánh sự hao mòn dụng cụ của phương pháp tiện quay và tiện quay rung.6: Mối liên hệ giữa độ tiến dao và độ nhám bề mặt khi tiện thường và UVT .7: Mối liên hệ giữa chiều sâu cắt và độ nhám bề mặt khi tiện thường và UVT .8: Mô hình 3D giữa tiện thường và tiện siêu âm .9: Các phần chính thiết bị tiện hỗ trợ siêu âm .10: Sự phân bố ứng suất các bước của quá trình mô phỏng.11: Ứng suất theo thời gian của tiện thông thường và tiện có hỗ trợ siêu âm.12: Nhiệt độ cắt giữ tiện siêu âm và tiện thông thường.13: Nhiệt độ vùng cắt ở tiện siêu âm và tiện thông thường bằng thực nghiệm.14: Lắp đặt bộ tạo siêu âm theo 02 trường hợp .