PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG PHI TRUYỀN THỐNG GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM ULTRA SONIC MACHINING Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Phương Giang Sinh viên thực hiện: Lê Tuấn Đạt 20184759 Bùi Văn Định 20184771 Bùi Văn Dùng 20184797 Nguyễn Tiến Đạt 20184761 Hoàng Văn Đức 20184786 NỘ NỘII DUN UNG G I. Hiện tượng từ giảo 3. Tác dụng của siêu âm II. NGUYÊN LÝ GIA CÔNG III.
ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC THIẾT BỊ IV. THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ V. ƯU NHƯỢC ĐIỂM VI. PHẠM VI ỨNG DỤNG 1.
Phạm vi ứng dụng 2. Các phương pháp gia công bằng siêu âm 2 PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. KHÁI NIỆM Được lần đầu giới thiệu vào nửa cuối thế kỷ 20, giao công bằng siêu âm đã ghi nhân được nhiều sự tiến bộ, đặc biệt vào 20 năm trở lại đây. Dao động được truyền vào vùng cắt dưới tần số siêu âm, va đập vào hạt mài, va đập vào vùng cắt tạo nên bề mặt cần gia công.
4 PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Máy siêu âm dùng để gia công các chi tiết chế tạo từ vật liệu cứng và dòn như thủy tinh, gốm sứ, đá, germani, hợp kim cứng, kim cương. 5 PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGUỒN ÂM, ÂM LƯỢNG Nguồn phát âm là một vật đàn hồi, nói chính xác hơn là một môi trường đàn hồi có thể làm dao động và truyền dao động vào môi trường tiếp xúc với nó. Âm lượng là công suất âm tính trên đơn vị diện tích bề mặt (erg/s. Xác suất xuất hiện của dao động chỉ phụ thuộc vào năng lực nguồn âm và tính chất đàn hồi của môi trường dao động.
Vì vậy mọi nguồn âm đều có thể dùng để kích thích ra siêu âm, nếu âm lượng của nó được giảm đến mức thích hợp. 8 PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ngày nay đối với nguồn phát âm bằng cơ học, thay vì phải có tần số cao (Siêu âm có tần số từ 20 kHz -1GHz, nhưng dùng để gia công chỉ với tần số từ 15-^30 kHz), người ta đòi hỏi nó phải cho âm lượng lớn, bởi vì trong vùng siêu siêu âm việc gia công vật liệu tiến hành trong những điều kiện thuận lợi. Các yêu câu đối với nguồn phát âm: - Có khả năng hòa âm. -Âm lượng có thể biến đổi.
-Khả năng phát sóng tốt. -Có tần số thích hợp. -Công suất lớn. 9 PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Có nhiều phương pháp để tạo song siêu âm nhưng thường dung 3 cách: cơ học, điện thế và từ giao.
Trong gia công/công nghệ chế tạo, chủ yếu sử dụng từ giao ( biến dao động điện thành giao động cơ) làm nguôn phát giao động 10 PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. HIỆN TƯỢNG TỪ GIẢO Vào năm 1847 J.Joule phát kiến ra hiện tượng từ giảo J.Joule hay James Prescott Joule là nhà vật lý học nổi tiếng người Anh 11 PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Một thanh sắt từ (về cấu tạo thô đại) là một tập hợp gồm nhiều vùng nguyên tố. Ở trạng thái bình thường thì hướng các vùng này không tuân theo một quy luật nào cả. Khi đặt vào từ trường, thì các vùng sẽ tự thay đổi hướng trùng với hướng từ trường bên ngoài.
Phụ thuộc vào cường độ từ trường tùy từng vật liệu mà thanh sát sẽ có lại hoặc giãn ra. Ngoài ra còn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ trạng thái từ hóa trước đó và chất lượng vật liệu 12 PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mô hình mô phỏng bản chất sự chuyển động quay của vật liệu sắt từ dưới tác động của từ trường ngoài 13 PHẦN III: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC THIẾT BỊ 2. DỤNG CỤ Dụng cụ có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau tùy theo yêu cầu. Sừ dụng nhiều nhất vẫn là dụng cụ có biên dạng giống như biên dạng của chi tiết gia công, kích thước dụng cụ bị chi phối bởi kích thước hại mài sử dụng VD: Đối với hạt mài 6000 với dụng cụ có đường hính 11,98mm thì sẽ gia công ra lỗ có kích thước 12 0,005mm.
33 PHẦN III: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC THIẾT BỊ 2. DỤNG CỤ Chiều dài dụng cụ thường là 25mm, kích thước của nó bằng kích thường của lỗ trừ đi 2 lần kích thước hạt mài. Tỷ số giữa chiều dài và đường kính dụng cụ không lớn hơn 20. Chiều dài của dụng cụ phải ngắn vì dụng cụ nặng sẽ hấp thụ nằng lượng rung động.
Nếu dài quá gây quá ứng suát cho dụng cụ và mối hàn đồng. Vật liệu dụng cụ có tính bền và dẻo. Thép các bon thấp, thép không gỉ, thép c45, thép dụng cụ Y8A,Y10A, thép hợp kim 40X,…. Khi gia công hợp kim cứng, năng suất có thể đạt 200mmଷ lf; độ nhám 0,16< <0,32, độ chính xác gia công 0,02-0,04mm 34 PHẦN III: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC THIẾT BỊ 3.
ĐẦU NỐI Đầu nối là một bộ phận được chế tạo để lắp dụng cụ và thanh truyền song. Đầu nối dụng cụ không chỉ đơn thuần có ren vít đển vặn vào mà còn cần đánh bong, bôi trơn một lớp mỡ mỏng khắc mặt tiếp xúc để có thể truyền hết dao động. 35 PHẦN III: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC THIẾT BỊ 4. THANH TRUYỀN SÓNG Thanh truyền song là bộ phận truyền dao động từ đầu từ giảo cho dụng cụ.
Với dạng kết cấu làm cho âm lượng tăng về phía đầu dụng cụ, ta có thể khuếch đại dao động lên đến 100 lần, có thể gia công kim loại được Ứng suất cơ học sinh ra lớn vì biên đô dao động ở 2 đầu chênh lệch lớn 36 PHẦN III: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC THIẾT BỊ Hình đầu là có dạng hình côn. Tuy đơn giản, dễ chế tạo nhưng khả năng tang biên độ dao động còn hạn chế>lên đến 4 lần Hình thứ 2 có hạng cong theo hàm số mũ. Loại này có khả năng tang biên độ dao động cao hơn loại trên nhưng lại khó chế tạo hơn. Thích hợp với gia công các lỗ nhỏ.
Hình thứ 3 là loai trục bậc, dễ chế tạo, sự tăng biên độ dao đông tỷ lệ thuận với diện tích đầu trụ nhưng lại bị hạn chế bởi vật liệu làm thanh truyền> giá trị tăng có thể lên tới 16 lần 37 PHẦN III: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC THIẾT BỊ Chú ý khi làm vật liệu thanh truyền sóng: - Độ bền kéo lớn - Tiêu hao âm lượng bé - Tính chống ăn mòn xâm thực cao - Tính trơ về hóa học Nhôm, hợp kim nhôm đồng đồ, thép không gỉ. Đặc biệt có hợp kim titan thỏa mãn 4 yêu cầu trên. Nếu sử dụng nhôm thì biên đô dao động dao động của song ở đầu và cuối thanh truyền bị giảm đi lần lượt 75% và 50%. Nếu sử dụng hợp kim nhôm-đồng đỏ và thép không gỉ thì sẽ dẫn tới tiêu hao năng lượng lớn> biến thành nhiệt.
Trừ trường hợp biên độ dao đông nhỏ, thép không gỉ mới được sử dụng. 38 PHẦN III: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC THIẾT BỊ 5. BỘ CHUYỂN ĐỔI Bộ chuyển đổi dùng để biến đổi năng lượng điện thành các dao động siêu âm. Hiện nay có hai loại được sử dụng rộng rãi là bộ chuyển đổi áp điện và bộ chuyển đổi từ giao Bộ chuyển đổi từ giao Bộ chuyển đổi áp điện 39 PHẦN III: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC THIẾT BỊ BỘ CHUYỂN ĐỔI ÁP ĐIỆN Bộ chuyển đổi áp điện thực hiện chuyển đổi tín hiệu điện thành dao động cơ (truyền phát) và ngược lại(thu nhận).
Đặc tính của bộ chuyển dổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố: trong đó cócấu trúc cơ. Cấu trúc cơ ảnh hưởng đến sự hoạt động như diện tích về mặt bức xạ, giảm chấn cơ học và các thống số cấu tạo vật lý Sử dụng tinh thể như thạch anh với kích thước thay đổi phụ thuộc vào trường tĩnh điện, chiều dài phải tương ứng với tần số nguồn phát (cộng hưởng). Có công suất có thể lên tới 900W. 40 PHẦN III: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC THIẾT BỊ BỘ CHUYỂN ĐỔI TỪ GIẢO Làm việc dựa trên nguyên lý vật liệu sắt từ khi bị từ hóa sẽ thay đổi kích thước (nickel, hợp kim pecmalci 45%Ni,55%Fe hoặc permedur 49%Ni,59%Fe 2%V Gồm có một cuộn solenoid quấn trên lõi gồm các miếng niken cán mỏng xếp chồng lên nhau, “nuôi” với nguồn xoay chiều có tần số 25kHz.
Công suất lên tới 2400W 41 PHẦN III: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC THIẾT BỊ Khi làm việc, để đại được âm lượng lớn nhiệt sinh ra rất lớn lên dung dịch làm mát hay thổi gió. Để điều chỉnh âm lượng thì thường điều chỉnh biên độ, tần số ít được điều chỉnh hơn vì - Tác dụng siêu âm tốt nhất vào khoảng 20kHz - Nếu sinh ra công hưởng khi gia tăng tần số sẽ làm giảm công suât Vật liệu làm đầu từ giảo phải có sức bền cơ học tốt, tổn hao từ và cơ nhỏ >hiệu suất có thể đạt 70% 42 PHẦN III: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC THIẾT BỊ 6. HỖN HỢP DUNG DỊCH HẠT MÀI Bao gồm các hạt mài mịn, sắc trộn trong chất lỏng là nước hoặc dầu benzene, dầu nhờn, glyxerin. Chiếm 30-60% thể tích hạt mài.
- Chất lỏng đóng vai trò là môi trường chuyền âm giữa dụng cụ và chi tiết gia công - Chuyền năng lượng từ dụng cụ và chi tiết - Mang phoi ra khỏi vùng gia công - Tải nhiệt, ngăn không cho dung dịch sôi, tránh xâm thực 43 PHẦN III: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC THIẾT BỊ Hạt mài được lựa chọn phụ thuộc và vật liệu gia công, độ cứng vật liệu, năng suất bóc kim loại và độ bóng bề mặt yêu cầu>có độ cứng cao hơn vật liệu hia công 44