Luận văn: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển thiết bị sửa đá bằng phương pháp dao động siêu âm

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển sửa đá bằng dao động siêu âm, phân tích ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết khi mài.

• Tác giả: Lê Văn Nghĩa
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiên Dông
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Hệ Thống Điều Khiển Thiết Bị Sửa Đá Bằng Phương Pháp Truyền Dao Động Siêu Âm Cho Dụng Dịch Trơn Nguội Dưới Các Điều Kiện Khác Nhau Về Lưu Lượng Đến Chất Lượng Bề Mặt Chỉ Riết Khi Mài
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm và nguyên lý hệ thống sửa đá bằng siêu âm

Hệ thống sửa đá bằng siêu âm là một công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực gia công cơ khí hiện đại. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật này tập trung vào nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển thiết bị sửa đá bằng phương pháp truyền dao động siêu âm. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc sử dụng dung dịch trơn nguội được điều khiển tối ưu để nâng cao hiệu suất gia công. Công nghệ này cho phép điều chỉnh các thông số kỹ thuật khác nhau như lưu lượng chất lỏng, chất lượng bề mặt và khả năng mài của đá. Hệ thống này mang lại những cải tiến đáng kể so với các phương pháp truyền thống, giúp tăng độ chính xác và hiệu suất gia công.

1.1. Nguyên lý dao động siêu âm trong gia công

Dao động siêu âm là sóng cơ học có tần số cao, vượt quá ngưỡng nghe của con người. Trong quá trình gia công bằng siêu âm, các phân tử vật liệu chuyển động theo âm trường được tạo ra bởi thiết bị phát siêu âm. Khi tần số dao động tăng, lực tác động lên vật liệu trở nên hiệu quả hơn, cho phép cắt gọt chính xác các bề mặt khó gia công. Nguyên lý này được ứng dụng để cải thiện chất lượng bề mặt và giảm hao mòn công cụ mài.

1.2. Thành phần cơ bản của hệ thống

Hệ thống bao gồm các thành phần chính: thiết bị tạo dao động siêu âm, dụng cụ mài, và hệ thống tưới nguội với dung dịch trơn nguội. Máy mài phẳng KUDORA G5-BMHL được tích hợp với đầu siêu âm để truyền dao động xoắn. Máy nén khí cung cấp áp lực cần thiết, còn máy tạo áp Lica B điều chỉnh lưu lượng dung dịch. Các thiết bị đo lường như máy đo độ nhám S1400 được sử dụng để kiểm tra và đánh giá chất lượng bề mặt gia công.

II. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt

Dung dịch trơn nguội đóng vai trò quan trọng trong hệ thống sửa đá bằng siêu âm. Luận văn này nghiên cứu sâu sắc ảnh hưởng của các loại dung dịch khác nhau đến độ nhám bề mặt và hiệu suất gia công. Các kết quả nghiên cứu cho thấy lựa chọn dung dịch phù hợp có thể giảm nhiệt độ gia công và lực mài, từ đó kéo dài tuổi thọ công cụ. Hệ thống điều khiển lưu lượng dung dịch theo các điều kiện gia công khác nhau giúp tối ưu hóa quá trình mài. Kết hợp với dao động siêu âm, dung dịch trơn nguội tạo ra điều kiện gia công lý tưởng cho chất lượng bề mặt cao.

2.1. Các loại dung dịch trơn nguội trong gia công mài

Luận văn đánh giá tác động của nhiều loại dung dịch trơn nguội khác nhau. Mỗi loại dung dịch có đặc tính riêng về khả năng làm mát, tính bôi trơn và khả năng tẩy sạch. Nghiên cứu so sánh hiệu suất mài giữa các dung dịch, đặc biệt là ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Ra khi sử dụng đá CBN. Công nghệ tưới nguội tối ưu với hệ thống điều khiển siêu âm cho phép điều chỉnh lưu lượng dung dịch theo thời gian thực, nâng cao hiệu quả gia công.

2.2. Tối ưu hóa lưu lượng dung dịch trong điều kiện siêu âm

Hệ thống điều khiển lưu lượng là yếu tố then chốt để đạt được bề mặt gia công chất lượng cao. Khi áp dụng dao động siêu âm, lưu lượng dung dịch cần được điều chỉnh phù hợp để tránh quá mát hoặc không đủ bôi trơn. Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng đến chất lượng bề mặt trong nhiều trường hợp cụ thể. Kết quả cho thấy tối ưu hóa lưu lượng có thể giảm lực mài đáng kể, từ đó cải thiện hiệu suất và tuổi thọ dụng cụ.

III. Phương pháp thực nghiệm và thiết bị nghiên cứu

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật này sử dụng phương pháp thực nghiệm để kiểm chứng các giả thuyết và tối ưu hóa hệ thống. Thiết bị thực nghiệm bao gồm máy mài phẳng KUDORA G5-BMHL tích hợp công nghệ siêu âm, kết hợp với các thiết bị đo lường hiện đại. Các mẫu phôi được chuẩn bị với các loại vật liệu khác nhau để đánh giá ảnh hưởng của quá trình gia công. Hệ thống thu thập dữ liệu tự động cho phép ghi nhận các thông số quan trọng như độ nhám bề mặt Ra, lực cắt, và nhiệt độ gia công trong suốt quá trình thực nghiệm.

3.1. Hệ thống máy mài siêu âm KUDORA

Máy mài phẳng KUDORA G5-BMHL được lựa chọn làm thiết bị chính trong nghiên cứu. Máy được trang bị đầu siêu âm có khả năng truyền dao động xoắn với tần số điều khiển chính xác. Hệ thống này cho phép điều chỉnh tốc độ trục chính (Vv), chiều sâu cắt (t), và các thông số khác. Máy nén khí Festo cung cấp áp lực ổn định, trong khi máy tạo áp Lica B điều khiển dung dịch với độ chính xác cao, tạo điều kiện lý tưởng cho gia công bề mặt chất lượng cao.

3.2. Phương pháp đo lường và đánh giá kết quả

Máy đo độ nhám S1400 được sử dụng để đo độ nhám bề mặt Ra của các mẫu gia công. Các thông số kỹ thuật được ghi nhận bao gồm bề rộng đá (B), đường kính đá (b, d), bề dày đá, và vận tốc mài (Vv). Luận văn thu thập dữ liệu lực cắt và ứng suất dụng cụ trong quá trình gia công. Các kết quả được so sánh giữa các loại dung dịch và điều kiện siêu âm khác nhau để xác định điều kiện tối ưu cho chất lượng bề mặt cao nhất.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật này đạt được những kết quả đáng kể trong việc tối ưu hóa hệ thống gia công bằng siêu âm. Các kết quả thực nghiệm cho thấy ứng dụng siêu âm trong sửa đá có thể cải thiện chất lượng bề mặt đáng kể so với phương pháp truyền thống. Hệ thống điều khiển tự động cho phép điều chỉnh thông số gia công theo thời gian thực, đảm bảo chất lượng bề mặt ổn định. Những phát hiện này có ý nghĩa khoa học quan trọng về nguyên lý gia công siêu âm và ý nghĩa thực tiễn lớn trong công nghiệp cơ khí hiện đại, đặc biệt là gia công các vật liệu khó gia công.

4.1. Những phát hiện chính từ nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng của các yếu tố gia công đến chất lượng bề mặt là rất đáng kể. Khi sử dụng dung dịch trơn nguội tối ưu kết hợp với dao động siêu âm, độ nhám bề mặt Ra được cải thiện 10-15% so với gia công thông thường. Lực mài giảm 20-25%, dẫn đến hao mòn bánh xe thấp hơn. Những phát hiện về quan hệ giữa lưu lượng dung dịch và chất lượng bề mặt cung cấp dữ liệu giá trị cho thiết kế hệ thống gia công tương lai.

4.2. Ứng dụng thực tiễn và triển vọng phát triển

Hệ thống sửa đá bằng siêu âm có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp cơ khí, đặc biệt là gia công các chi tiết chính xác cao. Công nghệ này có thể được áp dụng trong sản xuất hàng loạt để đạt hiệu suất cao và chi phí thấp. Luận văn đề xuất các cải tiến tương lai bao gồm tự động hóa hoàn toàn hệ thống và tối ưu hóa thêm các thông số gia công. Triển vọng phát triển của công nghệ siêu âm trong gia công là rất lớn, mở ra những khả năng mới cho gia công các vật liệu mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BO GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG BD 7] #TIỂN UIEA Lê Văn Nghĩa #1 trậtp oD WAIN ST TREN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu ứng dụng hệ thẳng diễu khiển tiết bị sửa đá bing phương pháp truyền đao động xiêu âm chủ dụng dịch trơn nguội dưới các điều kiện khác nhan về lưu lượng đẫn chất lượng bê mặt chỉ riết khả mài. LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ DIỆN TỪ ArlOz Hà Nội — Năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘT Lê Văn Nghĩa TEN DE TAI LUẬN VĂN Nghiên cửa ứng dụng hệ thẳng diéu khién thiét bj sita dé bang phiong phap truyền dao động siêu âm cho dụng địch trơn nguội dưới các điểu kiện khác nhan về la tượng đến chất bượng bê mặt chỉ tiệt khi mài. Chuyên ngành : K$ thuật Cơ điện tử LUAN VAN THAC ST KY THUAT KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỪ NGƯỜI HƯỚNG DÁN KIOA HỌC : TS. Nguyễn Tiên Dông Hả Nội Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đuan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng dược ai công bỗ trong bất kỳ một công trình khác.

Trừ những phần tham khảo đã được ghủ rõ trong Luận văn. Tác giả 1 Văn Nghĩa pel Tĩnh số ¡ dung Trang 2.3 | Sơ đồ biển đổi chiều dải tương đối và cường độ từ trường, 51 24 Am trường vả sự chuyền động của các phân tử 52 4) Các phần tử nhỏ chuyển déng theo âm trường, b) Các phần tứ lớn hơn chuyển động chậm hơn 2.5 | Thiết bị tạo dao động siêu âm 52 2.6 Câu tạo đụng cụ 43 27 Câu tạo thanh truyền sóng, 33 28 Nguyên lý khoan băng siêu âm. 59 29 Khoan siêu âm với cáo dụng cụ khao nhau 59 a} Phai không bị hút di b) Phơi bị hút di 2.10 | Khoan siêu âm trong một số trường hợp cụ thể 60 2.11 | Đầu siêu âm máy khoan (a) vả đầu siêu âm dao động xoắn.12 | Nguyên ly mái phẳng băng siêu âm.13 | Nguyễn lý gia công, 63 2.14 | Vét tréc khi mai 63 2.15 | Nguyén ly gia công cầc mit phang hinh hoc co dang di cho| 65 (ab) va mat phing bên (c) 216 | Gia công có hỗ trợ siêu âm 66 31 Mẫu phôi 68 3.3 TThiệt bị sửa đá 70 34 Máy mài phăng KUDORA G5-BMHL 71 3.5 | Thiết bị phát siêu âm 22 3.6 May 6n ap Lica B 3.7 Máy nén khí Festo 73 3.8 Máy đo độ nhám 51400 743 pe8 DANH MUC CAC KY HIEU VA CHU VIET TAT Ky higu Ý nghĩa Đơn vị Ra Độ nhám bể mặt hm uw I,ưu lượng dung dịch Vp t Chiêu sâu cắt mm B Bề rộng đá mm 5 Lượng chạy đao dọc mm b Đường kinh ngoài đá mm d Đường kính trong đá mm B Bé day đá mm Vv Vận tốc trục chính của máy mái mm/s Vv Vận tắc đá mài mm/s 8 Ung suat dung cu Kg/mm2 r 'Tần số dao động Hz H Tô cứng bê mặt HBN y Biển độ rung động mm R Bán kính hạt mm oh Chiéu day lop cat mm ‘tue Thời gian bóc tách vật liệu 5 A Bién độ dao động, I Cường đệ siêu âm WA Aluminium Oxide lang pe5 Hình số Nội dung Trang 1.24 Lực cắt khi mải bằng các loại đá khác nhau.25 [Dé mai thông thường 36 1.26 Dá mài giản đoạn 36 1⁄27 [Dé mai rénh 38 1.28 - Thay dỗi của lớp bề mặt đối với 3 loại dá 38 1.29 | Đá mải mặt dâu có bê mặt làm việc với cầu trúc hình lục giác | 309 có chứa hạt kim cương 130 | Mai quan hệ giữa độ nhám bề mặt Ra và số hạt mài qua be 40 mit mau 1.31 {Cau túc cơ bản của các loại đá mài khe, rãnh 4I 1.32 h) Cấu tạo đá mài phân đoạn 41 ) 5o sánh nhiệt độ mài và lực mài cho bánh xe phân đoạn vá bánh xe tiêu chuẩn 1.33 |a) Hiệu suất mải được cãi thiện với đá mài thô về dộ trơn, 42 độ nhám, năng lượng mài, b) hao mòn bánh xe 1.34 | Thiết kẻ ban dẫu đá mái thiết kế 42 1.35 | 8o sánh lực mài pháp tuyển với tốc đô cắt (trái) và chiều 43 sâu cắt (phải) 1.36 | So sánh giữa lực pháp tuyên và lực tiếp tuyển với vận tộc 43 cắt bố vật liệu 1.37 | Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và công nghề 45 tưới nguội đến độ nhám bề mat mai 1.38 | Dé nhdm bê mặt khi mài băng đá CBN với các loại dung 46 địch trơn nguội khác nhau 2.1 [Nguyên lý giá công bằng siêu âm.2 | 8ơ dồ nguyên lý hiện tượng từ giảo 50 pe.7 MỤC LỤ Trang Lời cam đoan. Danh mục các ký hiệu và chữ vi Danh mục cáo hình vẽ và đồ thị Dani mục các bằng.

PILAN MG DAU 1 Tinh cap thiét cia dé tai 2 Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu.1 Mục dích của dễ tài 2.2 Dỗi tượng nghiên cứu.3 Thương pháp nghiên cứu 3 Ý nghĩa của để tài. 3IỶ nghĩa khoa học.2 Ý nghĩa thực tiễn. CHUGNG I: TONG QUAN VE MAT 1.1 Khái niệm về quá trình mài 1.1 Giới thiệu về gia công mái 1.2 Các đặc điểm của quá trình mii.13 Khái niệm các phương pháp mài cơ bản 1.4 Các yếu tố ảnh hướng đến chất lượng bễ mặt khi mắt 24 12 Tình hỉnh nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tổ đến chất lượng bề mặt gia công khi mài 27 1.1 Nghiễn cứu của các tác giả trong nước 1.1 Ảnh hưởng về bêi trơn làm mát khi mài.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt 1.2 Nghiên cứu của các tác giả nước ngoài.1 Ảnh hưởng của vận tốc đá mài 1.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao 1.3 Ảnh hưởng của độ hạt đá mài pe2 DANH MUC CAC KY HIEU VA CHU VIET TAT Ky higu Ý nghĩa Đơn vị Ra Độ nhám bể mặt hm uw I,ưu lượng dung dịch Vp t Chiêu sâu cắt mm B Bề rộng đá mm 5 Lượng chạy đao dọc mm b Đường kinh ngoài đá mm d Đường kính trong đá mm B Bé day đá mm Vv Vận tốc trục chính của máy mái mm/s Vv Vận tắc đá mài mm/s 8 Ung suat dung cu Kg/mm2 r 'Tần số dao động Hz H Tô cứng bê mặt HBN y Biển độ rung động mm R Bán kính hạt mm oh Chiéu day lop cat mm ‘tue Thời gian bóc tách vật liệu 5 A Bién độ dao động, I Cường đệ siêu âm WA Aluminium Oxide lang pe5 MỤC LỤ Trang Lời cam đoan. Danh mục các ký hiệu và chữ vi Danh mục cáo hình vẽ và đồ thị Dani mục các bằng.

PILAN MG DAU 1 Tinh cap thiét cia dé tai 2 Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu.1 Mục dích của dễ tài 2.2 Dỗi tượng nghiên cứu.3 Thương pháp nghiên cứu 3 Ý nghĩa của để tài. 3IỶ nghĩa khoa học.2 Ý nghĩa thực tiễn. CHUGNG I: TONG QUAN VE MAT 1.1 Khái niệm về quá trình mài 1.1 Giới thiệu về gia công mái 1.2 Các đặc điểm của quá trình mii.13 Khái niệm các phương pháp mài cơ bản 1.4 Các yếu tố ảnh hướng đến chất lượng bễ mặt khi mắt 24 12 Tình hỉnh nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tổ đến chất lượng bề mặt gia công khi mài 27 1.1 Nghiễn cứu của các tác giả trong nước 1.1 Ảnh hưởng về bêi trơn làm mát khi mài.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt 1.2 Nghiên cứu của các tác giả nước ngoài.1 Ảnh hưởng của vận tốc đá mài 1.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao 1.3 Ảnh hưởng của độ hạt đá mài pe2 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỎ THỊ Hình số Nội dung Trang 11 {ai tròn ngoài có tâm 16 12 |Mái tròn ngoài không tâm 17 13 MAaiI6 oé tam 18 1.4 |Mài lỗ không tâm 18 15 |Mãi dmhhinh 19 1.7 Rơ dồ mải phẳng sử dụng mặt đầu dá 22 1.8 _ Sơ đồ các phương pháp mải phẳng bằng đá mài hình trụ 23 1.9 |Mài mặt phẳng 24 1.10 Laser Dressing Process 25 1.11__ [Inline Dressing Process 26 1.12 [Ultrasonic Assisted Process 26 1.13 | Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề 27 mặt gia công khi mải bằng đá Al2O3 và CBn 114 | Ảnh hưởng cúzs nồng độ dưng địch đến độ nhám bề mặt 27 mai 115_ LAnh hưởng của chiều sâu mãi đến độ nhám bề mặt 28 1.16 lẢnh hưởng của tốc độ chỉ tiết đến độ nhám bề mặt 28 1.17 lÃnh SEM tạng thái bề mặt khi mài bằng đá mài CBN 29 với vận tốc dá khác nhau 1.18 | Ảnh hưởng của vận tốc đá đến độ nhám bề mặt khi ma 29 bang dé mai CBN 1.19 | Ảnh hưởng của lượng chạy dao đền độ nhám bê mặt khi 30 mài bằng đá CBN 1.20 lÃnh hưởng của độ hạt đá mai CBN dén độ nhám bể mặt mài |_ 31 1.21 lÃnh hưởng của lưu lượng tưới nguội tới nhiệt độ mài khi 31 mài bing da CBN 122 lỨng suất dư với các loại dưng địch trơn nguội khi mài bằng 33 đá CBN và Al203 1.23 |Ãnh hưởng của vận tốc dá đến ứng suất dư khi mài bằng dá | 34 CHN pe6 Hình số Nội dung Trang 1.24 Lực cắt khi mải bằng các loại đá khác nhau.25 [Dé mai thông thường 36 1.26 Dá mài giản đoạn 36 1⁄27 [Dé mai rénh 38 1.28 - Thay dỗi của lớp bề mặt đối với 3 loại dá 38 1.29 | Đá mải mặt dâu có bê mặt làm việc với cầu trúc hình lục giác | 309 có chứa hạt kim cương 130 | Mai quan hệ giữa độ nhám bề mặt Ra và số hạt mài qua be 40 mit mau 1.31 {Cau túc cơ bản của các loại đá mài khe, rãnh 4I 1.32 h) Cấu tạo đá mài phân đoạn 41 ) 5o sánh nhiệt độ mài và lực mài cho bánh xe phân đoạn vá bánh xe tiêu chuẩn 1.33 |a) Hiệu suất mải được cãi thiện với đá mài thô về dộ trơn, 42 độ nhám, năng lượng mài, b) hao mòn bánh xe 1.34 | Thiết kẻ ban dẫu đá mái thiết kế 42 1.35 | 8o sánh lực mài pháp tuyển với tốc đô cắt (trái) và chiều 43 sâu cắt (phải) 1.36 | So sánh giữa lực pháp tuyên và lực tiếp tuyển với vận tộc 43 cắt bố vật liệu 1.37 | Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và công nghề 45 tưới nguội đến độ nhám bề mat mai 1.38 | Dé nhdm bê mặt khi mài băng đá CBN với các loại dung 46 địch trơn nguội khác nhau 2.1 [Nguyên lý giá công bằng siêu âm.2 | 8ơ dồ nguyên lý hiện tượng từ giảo 50 pe.2 Mài - cắt - xé rãnh. bằng siêu âm.7 Đặc diém va phạm vi img dung - .2 Pham vi img dung .