Luận văn Thạc sĩ: Khảo sát dao động của cán dao trong quá trình tiện (Bùi Thế Phong)

Tải luận văn thạc sĩ về dao động cán dao khi tiện. Phân tích nguyên nhân, ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt gia công và giải pháp.

• Tác giả: Bùi Thế Phong
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Sơn Minh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Khảo sát dao động của cán dao trong quá trình tiện
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Khái niệm và tầm quan trọng của dao động cán dao trong gia công tiện

Dao động cán dao là hiện tượng rung lắc không mong muốn xảy ra trong quá trình gia công tiện kim loại. Đây là một vấn đề kỹ thuật quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng chi tiết gia công, độ nhám bề mặt và tuổi thọ của công cụ cắt. Khảo sát dao động cán dao giúp các kỹ sư tối ưu hóa điều kiện gia công, giảm thiểu rung động và nâng cao hiệu suất sản xuất. Hiểu rõ nguyên nhân và cơ chế của dao động là nền tảng để áp dụng các biện pháp khắc phục hiệu quả trong thực tiễn gia công cơ khí.

1.1. Định nghĩa dao động cán dao

Dao động cán dao là sự dao động bất thường của dụng cụ cắt (cán dao) trong quá trình tiện. Hiện tượng này xảy ra khi lực cắt vượt quá độ cứng của hệ thống máy tiện. Dao động có thể chia thành hai loại: rung động tự duy trì (chatter) và rung động cưỡng bức. Mỗi loại dao động gây ra những hậu quả khác nhau đối với chất lượng sản phẩm và hiệu suất gia công.

1.2. Ảnh hưởng đến chất lượng gia công

Dao động cán dao gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ nhám bề mặt chi tiết, tạo ra những vết sóng trên bề mặt. Ngoài ra, dao động làm tăng mòn công cụ, giảm tuổi thọ cán dao và thậm chí gây hư hỏng máy tiện. Do đó, khảo sát dao động và tìm giải pháp giảm rung động là cần thiết để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất.

II. Các nguyên nhân chính gây ra dao động cán dao

Nguyên nhân gây dao động cán dao rất đa dạng, bao gồm các yếu tố từ máy tiện, công cụ cắt và điều kiện gia công. Hiểu rõ các nguyên nhân này là bước đầu tiên để kiểm soát dao động trong quá trình tiện. Các yếu tố như độ cứng cán dao, lực cắt, tốc độ quay, độ dẫn nhiệt của vật liệu và cách chế tạo cơ khí của máy tiện đều ảnh hưởng đến mức độ rung động của cán dao. Nghiên cứu các yếu tố này giúp xác định các biện pháp can thiệp phù hợp.

2.1. Yếu tố từ cán dao và máy tiện

Độ cứng cán dao là yếu tố quan trọng quyết định khả năng chống dao động. Cán dao với độ cứng thấp dễ rung động hơn. Ngoài ra, độ lệch tâm của cán dao, sự mòn công cụ, và độ chặt của khớp nối trên máy tiện cũng tác động trực tiếp đến dao động cán dao. Cải thiện độ cứng, kiểm tra định kỳ và duy trì máy tiện là những biện pháp cần thiết.

2.2. Yếu tố từ điều kiện gia công

Lực cắt, tốc độ quay (vòng/phút) và độ sâu cắt là các điều kiện gia công ảnh hưởng trực tiếp đến dao động trong quá trình tiện. Khi lực cắt tăng cao, khả năng rung động tăng theo. Khảo sát dao động cán dao cần xét các yếu tố này để tìm điều kiện gia công tối ưu giảm thiểu rung động.

III. Phương pháp khảo sát và đo lường dao động cán dao

Phương pháp khảo sát dao động cán dao đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu để phân tích và tối ưu hóa gia công tiện. Các kỹ sư sử dụng các thiết bị đo lường hiện đại như cảm biến gia tốc, máy phân tích phổ tần số và các phần mềm xử lý tín hiệu để ghi nhận dao động của cán dao trong quá trình gia công. Khảo sát thường được thực hiện với các điều kiện gia công khác nhau, các loại vật liệu khác nhau (thép C10, C30, C45, nhôm 6061, gang xám) để xác định mối quan hệ giữa các tham số gia công và mức độ rung động.

3.1. Thiết bị và công cụ đo dao động

Khảo sát dao động cán dao yêu cầu sử dụng các thiết bị đo chuyên dụng như cảm biến gia tốc được gắn trên cán dao để ghi nhận sự rung động. Máy phân tích phổ tần số (FFT analyzer) giúp chuyển đổi tín hiệu dao động thành dữ liệu tần số. Các thiết bị này cần được hiệu chuẩn thường xuyên để đảm bảo độ chính xác trong đo lường dao động.

3.2. Quy trình thí nghiệm khảo sát

Quy trình khảo sát dao động cán dao bao gồm: chuẩn bị mẫu vật liệu, lắp đặt cảm biến, thiết lập điều kiện gia công, ghi nhận dữ liệu dao động và xử lý kết quả. Thí nghiệm được lặp lại với các độ cứng cán dao khác nhau và các vật liệu khác nhau để đảm bảo tính đáng tin cậy của kết quả khảo sát.

IV. Giải pháp giảm thiểu dao động cán dao và ứng dụng thực tiễn

Dựa trên kết quả khảo sát dao động cán dao, các kỹ sư cơ khí đề xuất nhiều giải pháp để giảm thiểu rung động trong quá trình tiện. Các giải pháp bao gồm tăng độ cứng cán dao, tối ưu hóa hình dạng và kích thước cán dao, lựa chọn điều kiện gia công phù hợp (tốc độ quay, lực cắt, độ sâu cắt), và cải thiện chất lượng máy tiện. Khảo sát dao động cán dao với các vật liệu khác nhau (thép C10, C30, C45, nhôm 6061, gang xám) cung cấp dữ liệu quan trọng để tối ưu hóa quy trình gia công trong các ứng dụng công nghiệp.

4.1. Giải pháp thiết kế và vật liệu cán dao

Tăng độ cứng cán dao bằng cách sử dụng vật liệu có tính chất cơ học tốt hơn hoặc thay đổi hình dạng thiết kế là giải pháp hiệu quả. Khảo sát dao động cho thấy cán dao với tiết diện lớn và hình dạng tối ưu giảm dao động đáng kể. Ngoài ra, việc lựa chọn vật liệu cán dao phù hợp với điều kiện gia công cũng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chống rung động.

4.2. Tối ưu hóa điều kiện gia công

Khảo sát dao động cán dao với các vật liệu khác nhau (thép C10, C30, C45, nhôm 6061, gang xám) xác định điều kiện gia công tối ưu để giảm dao động. Giảm độ sâu cắt, tăng tốc độ quay hợp lý, và chọn lưu lượng làm mát phù hợp là những biện pháp thực tiễn. Kết quả khảo sát giúp xác định khoảng tham số gia công tối ưu cho từng loại vật liệu và loại cán dao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI THẾ PHONG KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CÁN DAO TRONG QUÁ TRÌNH TIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 5 1 8 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI THẾ PHONG KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CÁN DAO TRONG QUÁ TRÌNH TIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI THẾ PHONG KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CÁN DAO TRONG QUÁ TRÌNH TIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM SƠN MINH Tp.

Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Bùi Thế Phong Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 17/11/1988 Nơi sinh: Vĩnh Long Quê quán: Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 148/10, Ấp An Lương B, Xã Long An, Huyện Long Hồ, Tỉnh Vĩnh Long. Điện thoại nhà riêng: 01672.680 E-mail: buithephong@mku. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1.

Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ: 09/2006 đến 03/ 2010 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy 2. Đại học: Hệ đào tạo: Liên Thông CĐ-ĐH Thời gian đào tạo từ: 2012 đến 2013 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Ngành học: Công Nghệ Chế Tạo Máy 3. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ: 10/2015 đến 04/2017 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật cơ khí Tên luận văn: Khảo sát dao động của cán dao trong quá trình tiện Ngày & nơi bảo vệ luận văn: ngày 22/04/2017 tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: TS. Phạm Sơn Minh vi 4.

Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh Văn B1 5. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2010 – đến Khoa Kỹ Thuật – Công Nghệ, Cán bộ hướng dẫn thực hành nay Trường Đại Học Cửu Long cơ khí IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: vii 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. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 03 năm 2017 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Bùi Thế Phong viii LỜI CẢM ƠN Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi kính gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến: - Thầy TS .Phạm Sơn Minh - Thầy hướng dẫn thực hiện luận văn đã tận tình chỉ dạy, tạo điều kiện và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện. Hồ Ngọc Thế Quang - Thầy hướng dẫn tận tình trong quá trình gia công thí nghiệm. - Quý Thầy, Cô giảng dạy tại khoa trung tâm công nghệ cao, phòng Đào tạo – bộ phận sau đại học – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.

Hồ Chí Minh đã giúp đỡ người thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trường. - Kính gửi lời cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho cho các học viên tại trường được học tập và nghiên cứu. - Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ và đóng góp ý kiến xây dựng giúp tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận văn.

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hỗ trợ và động viên quí báu của tất cả mọi người. Xin trân trọng cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 03 năm 2017 Học viên Bùi Thế Phong ix MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC. vi LỜI CAM ĐOAN.

viii LỜI CẢM ƠN. xii MỤC LỤC .xv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. xvi DANH MỤC BẢNG BIỂU. xvii DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH.

xix CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN.1 Tính cấp thiết của đề tài.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố.3 Mục đích của đề tài .4 Nhiệm vụ đề tài và giới hạn đề tài .1 Nhiệm vụ đề tài.2 Giới hạn đề tài .5 Phương pháp nghiên cứu:. 10 CHƢƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Cơ sở lý thuyết cắt gọt kim loại .1 Đặc điểm và vai trò của gia công cắt gọt .2 Các chuyển động cơ bản khi cắt gọt .2 Độ nhám bề mặt chi tiết .2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chi tiết: .3 Rung động trong gia công cơ khí – các biện pháp giảm rung động .1 Rung động trong quá trình cắt .2 Các dạng rung động và nguyên nhân gây ra rung động .3 Các yếu tố ảnh hưởng đến rung động trong gia công .4 Giải pháp để giảm rung động .4 Mô tả động học quá trình dao động: .5 Vật liệu làm cán dao tiện .6 Vật liệu gia công thí nghiệm .50 CHƢƠNG 3 – MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM .1 Chế tạo thiết bị đo dao động cán dao tiện .2 Mô hình toán học: .3 Gia công thí nghiệm các cán dao có độ cứng khác nhau với vật liệu thép C10 .4 Gia công thí nghiệm các cán dao có độ cứng khác nhau với vật liệu thép C30 .5 Gia công thí nghiệm các cán dao có độ cứng khác nhau với vật liệu thép C45 .6 Gia công thí nghiệm các cán dao có độ cứng khác nhau với nhôm 6061: .7 Gia công thí nghiệm các cán dao có độ cứng khác nhau với gang xám: .84 CHƢƠNG 4 – KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT THÍ NGHIỆM .1 Kết quả thí nghiệm .1 Kết quả đo dao động gia công thép C10.2 Kết quả đo dao động cán dao khi gia công vật liệu thép C30 .3 Kết quả đo dao động cán dao khi gia công vật liệu thép C45 .4 Kết quả đo dao động cán dao khi gia công vật liệu nhôm 6061.5 Kết quả đo dao động cán dao khi gia công vật liệu gang xám .2 Nhận xét thí nghiệm .1 Nhận xét kết quả ảnh hưởng của độ cứng cán dao đến góc dY: .2 Nhận xét kết quả ảnh hưởng của độ cứng cán dao đến góc dP: .3 Nhận xét kết quả ảnh hưởng của độ cứng cán dao đến góc dR:.4 Nhận xét kết quả ảnh hưởng của độ cứng cán dao đến biên độ góc dY.5 Nhận xét kết quả ảnh hưởng của độ cứng cán dao đến biên độ góc dP .6 Nhận xét kết quả ảnh hưởng của độ cứng cán dao đến biên độ góc dR .7 Nhận xét kết quả tổng hợp .110 CHƢƠNG 5 – KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .2 Hướng nghiên cứu tiếp theo .111 TÀI LIỆU THAM KHẢO .113 xiv DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT CAD: Computer Aided Design CAM: Computer Aided Manufacturing CNC: Computer Numerical Control HRC: Độ cứng Rockwell PPNC: Phương pháp nghiên cứu m: mét ph: phút m: Micromet TCVN: Tiêu chuẩn việt nam S: Lượng chạy dao t: chiều sâu cắt (mm) Vc: vận tốc cắt ( m/ph) Ra, Rz: Độ bóng, độ nhám bề mặt khi tiện H: cán dao có độ cứng là 60 HRC C: cán dao có độ cứng là 55 HRC I: cán dao có độ cứng là 50 HRC A: cán dao có độ cứng là 45 HRC B: cán dao có độ cứng là 40 HRC BDD: Biến dạng dẻo dYtb: Trung bình góc quay của góc dao động dY dPtb: Trung bình góc quay của góc dao động dP dRtb: Trung bình góc quay của góc dao động dR dYΔ: Biên độ góc quay của góc dao động dY dPΔ: Biên độ góc quay của góc dao động dP dRΔ: Biên độ góc quay của góc dao động dR xv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thành phần hóa học thép C50 .2: Cơ tính của thép C50 .3: Thành phần hóa học thép C10 .4: Cơ tính của thép C10 .5: Thành phần hóa học thép C30 .6: Cơ tính của thép C30 .7: Thành phần hóa học thép C45 .8: Cơ tính của thép C45 .9: Thành phần hóa học nhôm 6061 .10: Thành phần hóa học gang xám .1: Kết quả thí nghiệm đo dao động của cán dao khi gia công thép C10 .2 - Kết quả thí nghiệm đo dao động của cán dao khi gia công thép C30 .3: Kết quả thí nghiệm đo dao động của cán dao khi gia công thép C45. 4: Kết quả thí nghiệm đo dao động của cán dao khi gia công nhôm 6061. 5 - Kết quả thí nghiệm đo dao động của cán dao khi gia công gang xám .100 xvi DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm để giám sát dao động của hệ thống công nghệ phay trong quá trình cắt.2: Mô hình thí nghiệm đo rung động bằng PZT .3: Bề mặt chi tiết khi cắt gọt bằng cán dao giảm chấn và cán dao thường.4: Đồ thị ảnh hưởng của độ cứng cán dao đến độ nhám bề mặt .5: Đồ thị biểu diễn tần số rung theo thời gian .6: Đồ thị biểu diễn tần số rung bề mặt trên của dụng cụ cắt.7: Đồ thị biểu diễn tần số rung bề mặt trên của dụng cụ cắt.8: Hình ảnh lưỡi cắt bị mòn sau khi cắt gọt được phóng to bằng SEM.9: Cán dao tiện CNC của hãng Vorgen .1- Hệ thống công nghệ .2 - Chuyển động cơ bản khi tiện .3: Bề mặt của chi tiết đã gia công sau khi phóng đại .4: Ảnh hưởng chiều dày cắt a và bề rộng cắt b đến tần số dao động f và biên độ dao động A khi tiện .5: Ảnh hưởng của tốc độ cắt V và góc trước .23 đến biên độ dao động A khi tiện .6: Ảnh hưởng của góc nghiêng chính đến tần số f và biên độ dao động A khi tiện .7: Lẹo dao ổn định và lẹo dao chu kỳ .8: Dạng lẹo dao và quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao lẹo dao.9: Rung động tự kích thích do hiệu ứng tái sinh .10: Ảnh hưởng của góc ε đến chiều dày cắt .11a: Mô tả rung động tự kích thích không tái sinh .11b: Mô tả rung động tự kích thích không tái sinh .12: Ảnh hưởng của hướng lực cắt đến rung động của máy .13: Ảnh hưởng của độ mềm dẻo của phôi đến chiều sâu cắt tới hạn khi tiện .14: Ảnh hưởng của b đến A .15: Ảnh hưởng của S đến A .16: Ảnh hưởng của V đến A .