Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng cơ cấu giảm chấn cán dao tiện đến độ bóng bề mặt - ĐH SPKT TP.HCM

Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn trên cán dao tiện ngoài đến độ bóng bề mặt trong quá trình tiện, mang lại giải pháp tối ưu cho ngành cơ khí.

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Thiện
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Sơn Minh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn trên cán dao tiện ngoài đền độ bóng bề mặt của quá trình tiện
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng dụng cụ cắt trên thế giới
• 1.2. Tính cấp thiết đề tài
• 1.3. Nhiệm vụ, giới hạn và phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Giới hạn đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Bố cục đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỘ NHÁM VÀ RUNG ĐỘNG TRONG QUÁ TRÌNH CẮT GỌT
• 2.1. Lý thuyết về độ nhám
• 2.2. Khái niệm độ nhám
• 2.3. Ký hiệu nhám bề mặt trên bản vẽ
• 2.4. Ảnh hưởng của độ nhám đến tính chất làm việc và độ bền của chi tiết
• 2.5. Chỉ tiêu đánh giá nhám bề mặt
• 2.6. Phương pháp đánh giá độ nhám
• 2.7. Lý thuyết về rung động trong quá trình cắt gọt
• 2.8. Tổng quan về rung động trong quá trình cắt gọt
• 2.9. Các dạng rung động và nguyên nhân gây ra rung động
• 2.10. Giải pháp để giảm rung động
• 2.11. Phương trình dao động
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẮT GỌT VÀ CÔNG NGHỆ TIỆN
• 3.1. Cơ sở lý thuyết cắt gọt
• 3.2. Khái quát về quá trình cắt gọt kim loại
• 3.3. Lý thuyết về quá trình tiện
• 3.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới rung động khi gia công tiện
• 3.5. Ảnh hưởng của kim loại gia công
• 3.6. Ảnh hưởng của chế độ cắt (t, S, V)
• 3.7. Ảnh hưởng của thông số hình học dao đến biến dạng
• 3.8. Chất lượng bề mặt gia công
• 4. CHƯƠNG 4: DỤNG CỤ CẮT GIẢM CHẤN TRONG CÔNG NGHỆ TIỆN
• 4.1. Cán dao giảm chấn của hãng Sandvik
• 4.2. Giới thiệu về cán dao giảm chấn
• 4.3. Cấu tạo cán dao giảm chấn
• 4.4. Tính kinh tế trong đầu tư dụng cụ cắt giảm chấn
• 4.5. Thiết kế cán dao giảm chấn
• 4.5.1. Mô hình toán học
• 4.5.2. Mô hình cơ cấu giảm chấn theo phương Z
• 4.5.3. Cán dao thiết kế theo phương án X
• 4.6. Chế tạo thử nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 5.1. Trình tự tiến hành thí nghiệm
• 5.2. Mục tiêu thí nghiệm
• 5.3. Xác định các yếu tố thí nghiệm
• 5.4. Điều kiện thí nghiệm
• 5.5. Xác định số mẫu thí nghiệm và số lần đo độ nhám
• 5.5.1. Số mẫu thí nghiệm
• 5.5.2. Số lần đo độ nhám
• 5.6. Các bước thí nghiệm so sánh
• 5.7. Kết quả thí nghiệm
• 5.7.1. Trên cơ cấu giảm chấn không có dầu
• 5.7.2. Trên cơ cấu giảm chấn có dầu
• 5.7.3. Trên cán dao không có cơ cấu giảm chấn
• 5.7.4. So sánh kết quả
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 6.1. Kết luận
• 6.2. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn

Nghiên cứu về cơ cấu giảm chấn trong gia công tiện đang trở thành một lĩnh vực quan trọng nhằm nâng cao độ bóng bề mặt của sản phẩm. Việc cải tiến công nghệ gia công không chỉ giúp tăng năng suất mà còn cải thiện chất lượng bề mặt, điều này rất cần thiết trong bối cảnh cạnh tranh hiện nay. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng cơ cấu giảm chấn có thể làm giảm rung động và cải thiện độ nhám bề mặt của chi tiết gia công.

1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng cơ cấu giảm chấn

Trên thế giới, nhiều công ty đã đầu tư vào nghiên cứu và phát triển cơ cấu giảm chấn cho dụng cụ cắt. Các nghiên cứu này không chỉ tập trung vào việc giảm rung động mà còn cải thiện độ bền và tuổi thọ của dụng cụ. Ví dụ, công ty Sandvik đã phát triển các sản phẩm giảm chấn giúp nâng cao hiệu suất gia công.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng cơ cấu giảm chấn trong gia công

Việc sử dụng cơ cấu giảm chấn trong gia công tiện mang lại nhiều lợi ích như giảm độ rung, cải thiện độ bóng bề mặt và tăng tuổi thọ của dụng cụ. Các nghiên cứu cho thấy rằng độ nhám bề mặt có thể giảm đến 40% khi sử dụng công nghệ này, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.

II. Vấn đề và thách thức trong gia công tiện

Gia công tiện thường gặp phải nhiều vấn đề liên quan đến độ bóng bề mặt và độ rung của dụng cụ. Những vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn làm giảm hiệu suất gia công. Việc tìm ra giải pháp hiệu quả để khắc phục những thách thức này là rất cần thiết.

2.1. Ảnh hưởng của độ rung đến chất lượng bề mặt

Độ rung trong quá trình gia công có thể dẫn đến việc tăng độ nhám bề mặt, làm giảm chất lượng sản phẩm. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ rung cao có thể làm giảm tuổi thọ của dụng cụ cắt và gây ra các lỗi trong quá trình gia công.

2.2. Thách thức trong việc cải thiện độ bóng bề mặt

Cải thiện độ bóng bề mặt là một thách thức lớn trong gia công tiện. Các yếu tố như tốc độ cắt, lực cắt và loại vật liệu đều ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là cần thiết để đạt được chất lượng sản phẩm tốt nhất.

III. Phương pháp nghiên cứu cơ cấu giảm chấn trong gia công tiện

Nghiên cứu về cơ cấu giảm chấn trong gia công tiện thường sử dụng các phương pháp thực nghiệm để đánh giá hiệu quả của nó. Các thí nghiệm được thực hiện với nhiều điều kiện cắt khác nhau nhằm xác định các thông số tối ưu cho cơ cấu giảm chấn.

3.1. Thiết kế thí nghiệm và điều kiện cắt

Thiết kế thí nghiệm bao gồm việc xác định các thông số như tốc độ cắt, lực cắt và khối lượng đối trọng. Các điều kiện cắt được điều chỉnh để đánh giá ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn đến độ nhám bề mặt.

3.2. Phân tích kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng cơ cấu giảm chấn giúp giảm độ rung và cải thiện độ bóng bề mặt. Các thông số tối ưu được xác định để đạt được hiệu quả cao nhất trong gia công tiện.

IV. Ứng dụng thực tiễn của cơ cấu giảm chấn trong gia công

Việc áp dụng cơ cấu giảm chấn trong gia công tiện đã được chứng minh là mang lại nhiều lợi ích thực tiễn. Các công ty đã áp dụng công nghệ này vào sản xuất và đạt được những kết quả tích cực trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm.

4.1. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tế

Nhiều công ty đã áp dụng cơ cấu giảm chấn và ghi nhận sự cải thiện rõ rệt về độ bóng bề mặt. Các nghiên cứu cho thấy rằng độ nhám bề mặt có thể giảm đến 35% khi sử dụng công nghệ này.

4.2. Tương lai của công nghệ giảm chấn trong gia công

Công nghệ cơ cấu giảm chấn trong gia công tiện đang được phát triển mạnh mẽ. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải tiến vật liệu và thiết kế để nâng cao hiệu quả của công nghệ này.

V. Kết luận và hướng phát triển của nghiên cứu

Nghiên cứu về cơ cấu giảm chấn trong gia công tiện đã chỉ ra rằng công nghệ này có thể cải thiện đáng kể độ bóng bề mặt của sản phẩm. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ này là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng cơ cấu giảm chấn giúp giảm độ rung và cải thiện độ nhám bề mặt. Các thông số tối ưu đã được xác định để đạt được hiệu quả cao nhất trong gia công.

5.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, nghiên cứu sẽ tiếp tục tập trung vào việc cải tiến thiết kế và vật liệu cho cơ cấu giảm chấn. Mục tiêu là nâng cao hiệu quả gia công và giảm chi phí sản xuất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành gia công cơ khí chính xác, hiện tượng rung động cắt gọt làm suy giảm từ 30% đến 40% tuổi thọ dụng cụ cắt và chiếm hơn 25% nguyên nhân gây ra phế phẩm về độ nhám bề mặt. Rung động phát sinh trong quá trình tiện không chỉ phá hủy kết cấu tế vi của bề mặt chi tiết mà còn gây mài mòn nhanh hệ thống trục chính và băng dẫn hướng của máy công cụ. Mặc dù các giải pháp cán dao chống rung nhập khẩu từ các thương hiệu hàng đầu thế giới mang lại hiệu quả cao, chi phí đầu tư dao động từ 1500 đến 3000 USD cho mỗi cán dao là rào cản tài chính rất lớn đối với đa số doanh nghiệp cơ khí vừa và nhỏ tại Việt Nam.

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo cơ cấu giảm chấn xoay 360 độ quanh trục cán dao tiện ngoài, nhằm triệt tiêu rung động và nâng cao độ bóng bề mặt khi gia công tiện. Mục tiêu cụ thể là xác định bộ thông số hình học và động lực học tối ưu bao gồm góc xoay của cơ cấu, độ nén lò xo và khối lượng đối trọng trong cả hai môi trường làm việc không dầu và có dầu bôi trơn. Toàn bộ chương trình thực nghiệm được triển khai trong năm 2017 tại xưởng Cắt gọt kim loại thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long trên phôi thép C45 tiêu chuẩn có kích thước đường kính 30 mm và chiều dài 250 mm. Kết quả của công trình mang lại giải pháp công nghệ có tính tự chủ cao, giúp giảm giá thành chế tạo dụng cụ cắt xuống dưới 15% so với sản phẩm nhập ngoại, đồng thời cải thiện đáng kể chỉ tiêu độ nhám bề mặt gia công cơ khí.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở lý thuyết cắt gọt kim loại và lý thuyết dao động cơ học ứng dụng trong chế tạo máy. Hệ thống lực cắt không gian khi tiện được phân rã thành ba thành phần chính: lực dọc trục Px, lực hướng kính Py và lực tiếp tuyến Pz. Trong đó, lực tiếp tuyến Pz đóng vai trò chủ đạo gây ra mô-men uốn cán dao, còn hợp lực giữa Px và Pz tạo ra mô-men xoắn gây rung động góc Roll quanh trục cán dao.

Lý thuyết dao động đàn nhớt được mô hình hóa thông qua phương trình Lagrange loại II, mô tả hệ dao động tuyến tính cưỡng bức có cản với nhiều bậc tự do. Cán dao tiện được xem xét như một dầm công-xôn chịu uốn và nén đàn hồi, kết hợp với hệ giảm chấn phụ gồm khối lượng đối trọng, lò xo đàn hồi có độ cứng 560 N/m và lớp màng dầu cản nhớt. Bên cạnh đó, các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt được căn cứ theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2511-95 và tiêu chuẩn quốc tế ISO với 14 cấp độ nhám, tập trung phân tích hai đại lượng cốt lõi là sai lệch số học trung bình Ra và chiều cao nhấp nhô prôfin theo 10 điểm Rz trong phạm vi chiều dài chuẩn từ 0.08 mm đến 8 mm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố có đối chứng nhằm đảm bảo độ tin cậy và tính lặp lại của dữ liệu. Cỡ mẫu thực nghiệm bao gồm 5 nhóm phôi thép C45 với cùng một kích thước đường kính 30 mm và chiều dài 250 mm, được gia công bán tinh trên máy tiện vạn năng CS6140/750. Phương pháp chọn mẫu đồng nhất về cơ tính và thành phần hóa học được kiểm soát nghiêm ngặt trước khi tiến hành cắt gọt. Chế độ cắt được duy trì cố định ở các giá trị chuẩn: chiều sâu cắt t = 0.25 mm, lượng tiến dao S = 0.05 mm/vòng và tốc độ quay trục chính n = 1000 vòng/phút.

Hệ thống thu thập dữ liệu sử dụng cán dao SCLCR 202K-12 kết hợp mảnh hợp kim Kyocera CNMG120404-TN6010. Rung động gia tốc thời gian thực của cán dao được ghi nhận thông qua cảm biến gia tốc 3 trục MPU-6050 gắn trực tiếp trên thân dao. Khối lượng của 5 đối trọng từ 18 gam đến 26 gam được hiệu chuẩn chính xác bằng cân phân tích OHAUS PA214 có độ chia 0.0001 gam. Thông số độ nhám Rz được đo lặp lại từ 3 đến 5 lần trên từng vị trí phôi bằng máy đo prôfin tiếp xúc Mitutoyo Surftest SJ-210 có độ phân giải 0.001 micromet. Lý do lựa chọn phương pháp đo prôfin tiếp xúc kết hợp cảm biến gia tốc số là nhằm đối chiếu trực tiếp giữa mức độ dập tắt xung lực động học và chất lượng nhẵn bóng thực tế của bề mặt chi tiết.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích dữ liệu thực nghiệm đã ghi nhận bốn phát hiện kỹ thuật mang tính đột phá về khả năng dập tắt dao động của cơ cấu giảm chấn xoay:

Thứ nhất, việc trang bị cơ cấu giảm chấn xoay 360 độ giúp triệt tiêu đáng kể biên độ dao động góc Roll so với cán dao thông thường không giảm chấn, qua đó cải thiện độ bóng bề mặt chi tiết từ 25% đến 42% tùy thuộc vào điều kiện gá đặt.

Thứ hai, trên cơ cấu giảm chấn không sử dụng dầu, bộ thông số dập tắt rung động hiệu quả nhất được xác lập tại góc xoay alpha = 30 độ, chiều dài nén lò xo L = 5 mm và khối lượng đối trọng m = 24 gam. Tại điểm làm việc này, độ nhám bề mặt Rz đạt giá trị thấp nhất và vết cắt thể hiện tính ổn định cao.

Thứ ba, trên cơ cấu giảm chấn có chứa dầu bôi trơn cản nhớt KOMAT SHD 40, hiệu quả dập tắt xung lực gia tốc được tăng cường rõ rệt. Bộ thông số tối ưu chuyển dịch sang giá trị góc xoay alpha = 30 độ, chiều dài vít chỉnh nén L = 8 mm và khối lượng đối trọng m = 24 gam. Sự có mặt của màng dầu nhớt giúp giảm sâu giá trị độ nhám Rz thêm khoảng 15% so với trường hợp không sử dụng chất lưu cản nhớt.

Thứ tư, mối quan hệ giữa khối lượng đối trọng và độ nhẵn bóng bề mặt có tính quy luật phi tuyến: khi tăng khối lượng từ 18 gam lên 24 gam thì độ nhám và gia tốc rung động giảm dần; tuy nhiên khi tăng tiếp lên mức 26 gam thì lực quán tính dư thừa lại làm gia tăng nhẹ biên độ rung động của thân dao.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả triệt tiêu rung động vượt trội của cơ cấu bắt nguồn từ khả năng xoay tự do quanh trục thân dao. Khác với các thiết bị giảm chấn cố định chỉ hấp thụ lực theo phương đứng hoặc phương ngang, góc xoay alpha = 30 độ cho phép trục đối trọng đón đúng hướng của véc-tơ hợp lực cắt sinh ra bởi Px và Pz, vô hiệu hóa mô-men xoắn cưỡng bức tác động lên ngàm kẹp. Khi bổ sung dầu nhớt thủy lực KOMAT SHD 40, lớp chất lưu đóng vai trò chuyển hóa động năng dao động của đối trọng thành nhiệt năng thông qua ma sát trong của các lớp phân tử dầu, giúp rút ngắn thời gian dao động tắt dần của đầu dao.

Các phát hiện này có thể được biểu diễn trực quan qua biểu đồ quan hệ ba chiều giữa góc nghiêng alpha, độ nén lò xo L và độ nhám Rz, minh chứng cho sự sụt giảm rõ rệt của vùng đỉnh sóng nhấp nhô trên bề mặt chi tiết. Kết quả đạt được hoàn toàn tương đồng với kết luận của các nghiên cứu quốc tế tiêu biểu như nghiên cứu của Osadchii năm 2012 khi sử dụng vật liệu TiNi giúp giảm từ 35% đến 45% giá trị nhám Ra, hay công trình của Novikov năm 2016 khi ghi nhận mức giảm 30% gia tốc rung động nhờ cơ cấu bạc lót giảm chấn. Đồng thời, thiết kế xoay 360 độ đã giải quyết triệt để tính kém linh hoạt trong cơ cấu giảm chấn ba phương cố định của Lê Hoàng Lâm năm 2017, mở ra giải pháp tùy biến hướng hấp thụ rung động theo từng chế độ cắt cụ thể.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các bằng chứng thực nghiệm, nghiên cứu đưa ra bốn khuyến nghị hành động cụ thể nhằm chuẩn hóa và ứng dụng công nghệ giảm chấn vào quy trình sản xuất cơ khí:

Một là, chuẩn hóa quy trình cài đặt thông số cán dao giảm chấn tại các xưởng tiện cơ khí: Thiết lập góc xoay của cơ cấu cố định ở mức 30 độ, sử dụng đối trọng có khối lượng chính xác 24 gam và duy trì chiều dài vít chỉnh nén lò xo ở mức 8 mm đối với hệ có dầu và 5 mm đối với hệ không dầu khi gia công thép C45, nhằm đạt mục tiêu hạ giảm trên 30% giá trị nhám Rz ngay trong quý đầu tiên áp dụng.

Hai là, tích hợp khoang chứa dầu cản nhớt kín khí sử dụng dầu nhớt KOMAT SHD 40 hoặc các loại dầu công nghiệp có độ nhớt tương đương vào kết cấu cán dao: Giải pháp này giúp triệt tiêu nhanh dao động tự kích thích, nâng cao tuổi bền của mảnh insert hợp kim lên từ 20% đến 35% và giảm tần suất thay dao trong các ca sản xuất liên tục 8 giờ.

Ba là, triển khai chế tạo thử nghiệm module cán dao giảm chấn kích thước công nghiệp tại các cơ sở chế tạo dụng cụ cắt trong nước: Chủ thể thực hiện là các phòng kỹ thuật R&D phối hợp cùng xưởng cơ khí chế tạo máy, với lộ trình 6 tháng để hoàn thiện bản vẽ công nghệ và thương mại hóa sản phẩm với mức giá bán thấp hơn 60% so với cán dao nhập khẩu.

Bốn là, mở rộng phạm vi nghiên cứu thực nghiệm sang các điều kiện gia công khắt khe hơn: Các nhóm nghiên cứu tại các trường đại học kỹ thuật cần tiến hành khảo sát trên các dòng vật liệu có độ cứng cao từ 45 đến 60 HRC (như thép hợp kim 40Cr tôi cứng, thép làm khuôn SKD11) và chế độ cắt thô với bước tiến dao S lớn hơn 0.15 mm/vòng trong khung thời gian 12 tháng tiếp theo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả thực nghiệm của luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho bốn nhóm đối tượng chuyên môn:

Thứ nhất, kỹ sư công nghệ chế tạo máy và kỹ thuật viên vận hành máy công cụ CNC: Tài liệu cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác để lựa chọn góc định vị giảm chấn và chế độ cắt tối ưu khi gia công các chi tiết trục dài có tỷ lệ chiều dài trên đường kính vượt quá 5 lần, giúp giảm thiểu 20% thời gian đánh bóng hoàn thiện sản phẩm.

Thứ hai, chủ doanh nghiệp và nhà quản lý xưởng sản xuất cơ khí: Luận văn đưa ra giải pháp kỹ thuật tự chế tạo cơ cấu giảm chấn chi phí thấp, giúp tiết kiệm từ 70% đến 85% chi phí đầu tư mua sắm dụng cụ cắt nhập ngoại mà vẫn đảm bảo tiêu chuẩn độ bóng bề mặt của các đơn hàng xuất khẩu.

Thứ ba, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí: Công trình là tài liệu tham khảo chuyên sâu cho các học phần Động lực học máy cắt gọt, Công nghệ gia công kim loại và Thiết kế dụng cụ cắt, đặc biệt là phương pháp luận xây dựng mô hình thực nghiệm rung động thời gian thực.

Thứ tư, các nhà phát triển giải pháp quan trắc công nghiệp: Phương pháp tích hợp cảm biến gia tốc MPU-6050 cùng mạch xử lý vi điều khiển trong nghiên cứu cung cấp gợi ý thiết thực để phát triển các hệ thống giám sát rung động máy công cụ trực tuyến với chi phí phần cứng dưới 50 USD.

Câu hỏi thường gặp

Cơ cấu giảm chấn xoay 360 độ mang lại ưu thế kỹ thuật gì so với các kết cấu cố định truyền thống? Cơ cấu xoay 360 độ cho phép điều chỉnh phương tác dụng của đối trọng trùng khớp chính xác với véc-tơ hợp lực cắt không gian sinh ra trong quá trình tiện. Điều này giúp dập tắt mô-men xoắn Roll hiệu quả hơn khoảng 20% so với các cơ cấu chỉ đặt cố định theo phương X, Y hoặc Z.

Tại sao khối lượng đối trọng 24 gam lại cho hiệu quả triệt tiêu rung động tốt nhất trong dải khảo sát từ 18 đến 26 gam? Đối trọng 24 gam tạo ra tần số dao động riêng triệt tiêu tối ưu tần số kích động của quá trình cắt ở tốc độ 1000 vòng/phút. Đối trọng dưới 22 gam không đủ động năng hấp thụ xung lực, trong khi đối trọng 26 gam gây ra quán tính phụ làm tăng biên độ dao động lên khoảng 8%.

Việc bổ sung dầu cản nhớt KOMAT SHD 40 ảnh hưởng như thế nào đến chế độ làm việc của cơ cấu? Dầu cản nhớt tạo ra lực ma sát nhớt giúp tiêu tán năng lượng dao động thành nhiệt năng nhanh chóng. Nhờ đó, biên độ dao động tắt dần nhanh hơn và hệ thống cho phép tăng chiều dài nén lò xo lên mức 8 mm để nâng cao độ cứng vững mà không gây va đập cứng.

Cơ cấu giảm chấn này có thể áp dụng cho các nguyên công tiện khác như tiện lỗ sâu hay tiện ren không? Nguyên lý hấp thụ rung động xoay hoàn toàn có thể mở rộng cho tiện lỗ sâu hoặc tiện ren. Tuy nhiên, kỹ sư cần hiệu chỉnh lại góc alpha từ 15 đến 45 độ và tăng độ cứng lò xo để thích ứng với sự thay đổi của lực cắt hướng kính Py trong các nguyên công này.

Chi phí chế tạo thực tế của cơ cấu giảm chấn tự chế tạo này là bao nhiêu? Chi phí vật tư gồm thép C45, lò xo tiêu chuẩn, dầu nhớt và gia công hoàn thiện cơ cấu chỉ dao động trong khoảng 30 đến 50 USD, tương đương khoảng 10% đến 15% so với giá thành của một cán dao giảm chấn nhập khẩu từ châu Âu.

Kết luận

Công trình nghiên cứu đã giải quyết trọn vẹn bài toán nâng cao chất lượng bề mặt trong gia công tiện thông qua việc làm chủ công nghệ giảm chấn động lực học cho cán dao tiện ngoài với những kết quả nổi bật:

• Thiết kế và chế tạo thành công cơ cấu giảm chấn xoay 360 độ quanh trục thân dao tiện ngoài, khắc phục triệt để nhược điểm cố định phương của các nghiên cứu trước đây.
• Xác lập chính xác bộ thông số làm việc tối ưu cho cơ cấu không dầu gồm góc nghiêng alpha = 30 độ, chiều dài vít chỉnh L = 5 mm và khối lượng đối trọng m = 24 gam.
• Khẳng định hiệu quả vượt trội của cơ cấu giảm chấn có dầu cản nhớt KOMAT SHD 40 với thông số tối ưu alpha = 30 độ, L = 8 mm và m = 24 gam, giúp bề mặt chi tiết đạt độ bóng đồng đều cao.
• Giảm thiểu từ 25% đến 42% giá trị độ nhám bề mặt Rz và dập tắt nhanh chóng biên độ dao động góc Roll trên phôi thép C45 trong cùng điều kiện cắt gọt.
• Đặt nền móng kỹ thuật vững chắc cho việc nội địa hóa dụng cụ cắt giảm chấn chất lượng cao với giá thành cạnh tranh cho ngành cơ khí Việt Nam.

Kế hoạch phát triển tiếp theo trong 6 đến 12 tháng tới sẽ tập trung ứng dụng cơ cấu trên máy tiện CNC công nghiệp và thử nghiệm gia công các loại thép hợp kim sau nhiệt luyện có độ cứng trên 50 HRC. Quý doanh nghiệp và xưởng gia công cơ khí hãy áp dụng ngay giải pháp cơ cấu giảm chấn xoay linh hoạt này vào dây chuyền sản xuất để tối ưu hóa chi phí dao cụ và nâng tầm chất lượng sản phẩm gia công.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng dụng cụ cắt trên thế giới. Hiện nay, các nước trên thế giới có xu hướng hội nhập, liên kết và thông thương với nhau. Trong thời đại của nền kinh tế thị trường mang tính chất toàn cầu hóa, thời đại của khoa học kỹ thuật.

thì lĩnh vực cơ khí đóng vai trò then chốt, nền tảng cho tiến bộ khoa học của thế giới như hiện nay. Các nghiên cứu trong lĩnh vực cơ khí có các bước tiến mạnh mẽ đáp ứng nhu cầu xã hội. Riêng trong lĩnh vực gia công cơ khí yêu cầu tăng năng suất, tăng độ chính xác và chất lượng bề mặt ngày càng cao. Nhiều biện pháp đã được áp dụng để cải tiến quá trình gia công.

Khi đề cập đến chất lượng gia công, không thể không đề cập đến độ nhám bề mặt mặt chi tiết và độ nhám là chỉ tiêu để đánh giá điều này. Một trong số những đối tượng được nghiên cứu để giải quyết vấn đề này là dụng cụ cắt. Đã có rất nhiều công ty nghiên cứu và chế tạo dụng cụ cắt nổi tiếng trên thế giới (hình 1. Điển hình là Công ty Kennametal, một công ty về dụng cụ cắt hàng đầu của Mỹ chuyên cung cấp các dụng cụ cắt cho hoạt động gia công cơ khí trong nước và các nước Châu Âu.

Còn ở thị trường Châu Á, Mitsubishi lại là một trong những nhà sản xuất dụng cụ cắt hàng đầu của Nhật. Đặc biệt trong các công ty về dụng cụ cắt, Công ty Sandvik (Thụy Điển) đã tiên phong trong việc nghiên cứu và chế tạo cán dao giảm chấn, giảm rung động trong quá trình gia công khi cán dao gá dài nhằm cải thiện được chế độ cắt (hình 1. Những nghiên cứu của Sandvik mang tính chất tham khảo vì thí nghiệm hầu như được thực hiện trên các loại vật liệu tiêu chuẩn và trong điều kiện gia công khá hoàn hảo, nên những kết quả nhận được khá lý tưởng.4: Dao tiện giảm chấn [1].5: Dao phay giảm chấn [1].6: Dao doa giảm chấn [1]. Nhiều nhà khoa học đã chứng minh và tìm ra được nhiều phương án để giảm rung động trong quá trình cắt gọt.

Bài báo “Improving performance of CBN cutting tools by increasing their damping properties” của L. Osadchii, năm 2012 [2]: Trong đề tài nghiên cứu nhóm tác giả tập trung thiết kế kết cấu dụng cụ cắt 3 cải tiến bằng cách tích hợp các chi tiết đặc biệt với chức năng giảm chấn nhằm mục đích cải thiện độ ổn định dụng cụ cắt do dao động trong quá trình gia công. Trên cơ sở đó, đề tài nghiên cứu sự ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn đến biên độ dao động dụng cụ cắt, tuổi thọ dụng cụ cắt vật liệu CBN và chất lượng độ nhám bề mặt sau gia công. Nhóm tác giả dựa trên các kết quả thí nghiệm giảm chấn tham khảo như sử dụng chi tiết giảm rung động, mạ phủ lớp vật liệu đặc biệt lên lưỡi cắt hoặc sử dụng cán dao với vật liệu giảm chấn đặc biệt.

Từ đó các tác giả đưa ra mô hình cơ cấu giảm chấn như hình 1.7, với các chi tiết chế tạo từ vật liệu giảm chấn đặc biệt. Cấu tạo chính của cơ cấu gồm mảnh dao vuông CBN (1) được gá đặt và kẹp chặt giữa hai chi tiết giảm chấn (2) bằng cơ cấu gá dao (4). Một gia tốc kế (3) được lắp đặt ngay đầu cán dao có nhiệm đo gia tốc rung động của dao tiện trong quá trình gia công. Trong quá trình thí nghiệm, nhóm tác giả tiến hành cắt gọt với các chế độ cắt khác nhau trên vật liệu có độ cứng lên đến 60 – 62 HRC và tiến hành đo gia tốc rung động cho các trường hợp này.