I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Cơ Cấu Giảm Chấn Tiện
Trong bối cảnh hội nhập và toàn cầu hóa, ngành cơ khí đóng vai trò then chốt trong sự phát triển khoa học kỹ thuật. Yêu cầu về năng suất, độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công ngày càng cao. Nghiên cứu về cơ cấu giảm chấn trong gia công tiện là rất quan trọng để nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết. Các công ty hàng đầu như Kennametal, Mitsubishi và đặc biệt là Sandvik đã có những đóng góp lớn trong lĩnh vực này. Sandvik tiên phong trong việc nghiên cứu và chế tạo cán dao giảm chấn, giảm rung động, từ đó cải thiện chế độ cắt khi gia công với cán dao gá dài. Tuy nhiên, các nghiên cứu hiện tại thường được thực hiện trên vật liệu tiêu chuẩn và điều kiện lý tưởng, do đó cần có thêm các nghiên cứu thực tế hơn.
1.1. Tình Hình Nghiên Cứu và Ứng Dụng Cơ Cấu Giảm Chấn
Nhiều nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của việc giảm rung động trong quá trình cắt gọt. Bài báo của L. Osadchii (2012) tập trung vào thiết kế dụng cụ cắt cải tiến bằng cách tích hợp các chi tiết giảm chấn. P. Sam Paul (2012) nghiên cứu việc sử dụng dòng lưu biến điện từ (MR) để giảm rung động. V. Novikov (2016) đề xuất cơ cấu giảm chấn nhằm kiểm soát độ ổn định dụng cụ cắt và cải thiện chất lượng bề mặt gia công. Các nghiên cứu này cho thấy tiềm năng lớn của việc ứng dụng cơ cấu giảm chấn trong gia công tiện.
1.2. Tính Cấp Thiết của Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Cơ Cấu Giảm Chấn
Đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn trên cán dao tiện ngoài đến độ bóng bề mặt của quá trình tiện" là rất cần thiết để nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết. Nghiên cứu này tập trung vào nguyên lý giảm chấn cho cán dao tiện và thực nghiệm với cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn xoay quanh trục cán dao. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở để đánh giá độ nhám bề mặt của chi tiết khi gia công bằng cán dao tiện giảm chấn.
II. Vấn Đề Rung Động Ảnh Hưởng Đến Độ Bóng Bề Mặt Tiện
Rung động trong quá trình gia công tiện là một vấn đề lớn ảnh hưởng trực tiếp đến độ bóng bề mặt và độ chính xác gia công. Rung động có thể do nhiều nguyên nhân như rung động tự do, rung động cưỡng bức hoặc tự kích. Các yếu tố như tốc độ cắt, lượng ăn dao, chiều sâu cắt, vật liệu gia công và độ cứng vững của hệ thống đều có thể ảnh hưởng đến mức độ rung động. Việc kiểm soát và giảm thiểu rung động là yếu tố then chốt để đạt được chất lượng bề mặt mong muốn.
2.1. Các Dạng Rung Động và Nguyên Nhân Gây Rung Động Tiện
Rung động trong gia công tiện có thể được phân loại thành rung động tự do, rung động cưỡng bức và rung động tự kích. Rung động tự do xảy ra do các yếu tố bên ngoài tác động vào hệ thống. Rung động cưỡng bức phát sinh do các lực cắt biến đổi tuần hoàn. Rung động tự kích là dạng rung động nguy hiểm nhất, xảy ra do sự tương tác giữa dao và phôi, dẫn đến hiện tượng rung động cộng hưởng và làm giảm chất lượng bề mặt.
2.2. Ảnh Hưởng Của Rung Động Đến Chất Lượng Bề Mặt Gia Công
Rung động gây ra nhiều tác động tiêu cực đến chất lượng bề mặt gia công, bao gồm: tăng độ nhám bề mặt, tạo ra các vết gợn sóng trên bề mặt, giảm độ chính xác kích thước và hình dạng của chi tiết, và làm giảm tuổi thọ dao. Rung động cũng có thể gây ra tiếng ồn lớn và làm tăng nguy cơ hỏng hóc máy móc. Do đó, việc giảm thiểu rung động là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất.
2.3. Giải Pháp Giảm Rung Động Trong Gia Công Tiện Hiện Nay
Có nhiều giải pháp để giảm rung động trong gia công tiện, bao gồm: tăng độ cứng vững của hệ thống, sử dụng dao tiện có thiết kế đặc biệt, điều chỉnh thông số cắt phù hợp, sử dụng dung dịch trơn nguội hiệu quả, và ứng dụng cơ cấu giảm chấn. Việc lựa chọn giải pháp phù hợp phụ thuộc vào từng trường hợp cụ thể và yêu cầu về chất lượng bề mặt.
III. Phương Pháp Thiết Kế Cơ Cấu Giảm Chấn Cho Dao Tiện
Thiết kế cơ cấu giảm chấn cho dao tiện là một giải pháp hiệu quả để giảm rung động và cải thiện độ bóng bề mặt. Quá trình thiết kế cần xem xét nhiều yếu tố như vật liệu giảm chấn, cấu trúc cơ cấu, tần số rung động và biên độ rung động. Các phương pháp mô phỏng và phân tích như phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) có thể được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo hiệu quả giảm chấn.
3.1. Mô Hình Toán Học Cơ Cấu Giảm Chấn Tiện
Mô hình toán học là cơ sở để phân tích và thiết kế cơ cấu giảm chấn. Mô hình này thường bao gồm các thành phần như khối lượng, độ cứng và hệ số cản. Phương trình dao động có thể được sử dụng để mô tả chuyển động của hệ thống và xác định các thông số tối ưu của cơ cấu giảm chấn. Theo tài liệu gốc, tác giả trình bày nguyên lý giảm chấn cho cán dao tiện, sau đó tiến hành thực nghiệm với cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn xoay quanh trục cán dao 3600 kết hợp với 5 đối trọng có khối lượng tương ứng là 18 (g), 20 (g), 22 (g), 24 (g), 26 (g), một lò xo có độ cứng là 560.
3.2. Lựa Chọn Vật Liệu Giảm Chấn Phù Hợp
Vật liệu giảm chấn đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả của cơ cấu giảm chấn. Các vật liệu như cao su, vật liệu polymer và vật liệu composite thường được sử dụng do khả năng hấp thụ năng lượng rung động tốt. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu về tần số rung động, biên độ rung động và điều kiện làm việc.
3.3. Thiết Kế Cấu Trúc Cơ Cấu Giảm Chấn Tối Ưu
Cấu trúc của cơ cấu giảm chấn ảnh hưởng lớn đến hiệu quả giảm rung động. Các cấu trúc phổ biến bao gồm giảm chấn ma sát, giảm chấn nhớt và giảm chấn đàn hồi. Việc thiết kế cấu trúc tối ưu cần xem xét đến các yếu tố như độ cứng vững, khả năng điều chỉnh và độ bền. Theo tài liệu gốc, các kết quả cho thấy, trong cùng một điều kiện cắt gọt thì bộ thông số giảm chấn tốt trên cơ cấu giảm chấn không có dầu đang khảo sát là : α = 300, L = 5 (mm), m = 24 (g). Với cơ cấu giảm chấn có dầu, giá trị các thông số giảm chấn tối ưu là α = 300, L = 8 (mm), m = 24 (g).
IV. Thí Nghiệm Đánh Giá Hiệu Quả Cơ Cấu Giảm Chấn Tiện
Thí nghiệm là bước quan trọng để đánh giá hiệu quả của cơ cấu giảm chấn trong thực tế. Các thí nghiệm cần được thực hiện với các điều kiện cắt khác nhau và trên các loại vật liệu gia công khác nhau. Các thông số như độ nhám bề mặt, biên độ rung động và tuổi thọ dao cần được đo đạc và phân tích để đánh giá hiệu quả giảm chấn.
4.1. Trình Tự Tiến Hành Thí Nghiệm Đánh Giá Giảm Chấn
Trình tự thí nghiệm bao gồm các bước: chuẩn bị mẫu gia công, lắp đặt cơ cấu giảm chấn trên dao tiện, thiết lập các thông số cắt, tiến hành gia công, đo đạc độ nhám bề mặt và biên độ rung động, và phân tích kết quả. Cần đảm bảo các điều kiện thí nghiệm được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo tính chính xác của kết quả.
4.2. Phương Pháp Đo Độ Nhám Bề Mặt Sau Gia Công
Độ nhám bề mặt thường được đo bằng các thiết bị đo độ nhám chuyên dụng. Các thông số như Ra (độ nhám trung bình số học) và Rz (độ nhám trung bình chiều cao đỉnh đáy) thường được sử dụng để đánh giá chất lượng bề mặt. Cần tuân thủ các tiêu chuẩn đo lường để đảm bảo tính chính xác và so sánh được của kết quả.
4.3. Phân Tích Rung Động Của Dao Tiện Trong Quá Trình Cắt
Rung động của dao tiện có thể được đo bằng các cảm biến rung động như gia tốc kế. Tín hiệu rung động được phân tích để xác định tần số rung động, biên độ rung động và các đặc tính khác. Phân tích rung động giúp đánh giá hiệu quả của cơ cấu giảm chấn và xác định các nguyên nhân gây rung động.
V. Kết Quả Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Thông Số Đến Độ Bóng Tiện
Kết quả nghiên cứu cho thấy cơ cấu giảm chấn có ảnh hưởng đáng kể đến độ bóng bề mặt và độ rung động trong quá trình gia công tiện. Các thông số như góc nghiêng, lực nén lò xo và khối lượng đối trọng có ảnh hưởng đến hiệu quả giảm chấn. Việc tối ưu hóa các thông số này giúp đạt được chất lượng bề mặt tốt nhất.
5.1. Ảnh Hưởng Của Góc Nghiêng Đến Độ Nhám Bề Mặt
Góc nghiêng của cơ cấu giảm chấn có ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ năng lượng rung động. Một góc nghiêng phù hợp giúp giảm biên độ rung động và cải thiện độ nhám bề mặt. Theo tài liệu gốc, Biên độ dao dộng góc Roll (góc Roll là góc xoay quanh trục cán dao tiện do hợp lực Px và Pz gây ra) của cán dao tiện giảm chấn nhỏ hơn so với cán dao tiện thường và độ nhám bề mặt chi tiết gia công cũng tốt hơn.
5.2. Tối Ưu Lực Nén Lò Xo Để Giảm Rung Động Tiện
Lực nén lò xo trong cơ cấu giảm chấn ảnh hưởng đến khả năng điều chỉnh tần số rung động. Một lực nén phù hợp giúp giảm rung động cộng hưởng và cải thiện độ ổn định của quá trình gia công. Theo tài liệu gốc, Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào khối lượng đối trọng và độ cứng lò xo, khối lượng đối trọng và lực nèn lò xo càng tăng thì độ nhám bề mặt càng tốt và ổn định hơn.
5.3. Khối Lượng Đối Trọng và Ảnh Hưởng Đến Độ Bóng Bề Mặt
Khối lượng đối trọng trong cơ cấu giảm chấn ảnh hưởng đến khả năng cân bằng lực cắt. Một khối lượng đối trọng phù hợp giúp giảm lực rung động và cải thiện độ bóng bề mặt. Cần lựa chọn khối lượng đối trọng phù hợp với tần số rung động và điều kiện cắt.
VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Giảm Chấn Tiện
Nghiên cứu về cơ cấu giảm chấn trong gia công tiện đã mang lại những kết quả tích cực trong việc cải thiện độ bóng bề mặt và giảm rung động. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hướng phát triển tiềm năng như nghiên cứu các loại vật liệu giảm chấn mới, thiết kế các cấu trúc cơ cấu phức tạp hơn và ứng dụng các phương pháp điều khiển thông minh để tối ưu hóa hiệu quả giảm chấn.
6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu Về Giảm Chấn Tiện
Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của việc sử dụng cơ cấu giảm chấn trong gia công tiện. Các kết quả thí nghiệm cho thấy cơ cấu giảm chấn giúp giảm biên độ rung động, cải thiện độ nhám bề mặt và tăng độ ổn định của quá trình gia công. Kết quả nghiên cứu này là cơ sở để đánh giá độ nhám bề mặt của chi tiết khi gia công bằng cán dao tiện giảm chấn.
6.2. Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Cơ Cấu Giảm Chấn Tiện
Các hướng phát triển tiềm năng bao gồm: nghiên cứu các loại vật liệu giảm chấn mới có khả năng hấp thụ năng lượng rung động tốt hơn, thiết kế các cấu trúc cơ cấu phức tạp hơn để tăng hiệu quả giảm chấn, ứng dụng các phương pháp điều khiển thông minh để tự động điều chỉnh các thông số của cơ cấu giảm chấn theo điều kiện cắt, và tích hợp cơ cấu giảm chấn vào các hệ thống gia công tự động.
