Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn trên cán dao tiện ngoài đến độ bóng bề mặt

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn đến độ bóng bề mặt trong quá trình tiện, cung cấp giải pháp tối ưu.

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Thiện
• 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: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Cơ Cấu Giảm Chấn Đến Độ Bóng Bề Mặt Trong Tiện Ngoài
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• 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
• 4.5.4. 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

Nghiên cứu về cơ cấu giảm chấn trong gia công cơ khí đã trở thành một lĩnh vực quan trọng nhằm nâng cao độ bóng bề mặt của các chi tiết sau khi gia công. Trong bối cảnh toàn cầu hóa, nhu cầu về chất lượng sản phẩm ngày càng cao, đặc biệt là trong ngành chế tạo máy. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc cải thiện độ bóng bề mặt không chỉ phụ thuộc vào kỹ thuật gia công mà còn vào thiết kế và ứng dụng của cơ cấu giảm chấn. Các công ty hàng đầu như Sandvik đã tiên phong trong việc phát triển các giải pháp giảm chấn nhằm giảm thiểu rung động trong quá trình gia công, từ đó nâng cao chất lượng bề mặt. Việc áp dụng công nghệ chế tạo hiện đại và các vật liệu mới đã mở ra nhiều hướng đi mới cho nghiên cứu này.

1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng

Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để cải thiện độ nhám bề mặt thông qua việc sử dụng cơ cấu giảm chấn. Các nghiên cứu này không chỉ tập trung vào lý thuyết mà còn thực hiện các thí nghiệm thực tế để đánh giá hiệu quả của các giải pháp. Ví dụ, nghiên cứu của L. Osadchii đã chỉ ra rằng việc tích hợp các chi tiết giảm chấn vào dụng cụ cắt có thể cải thiện đáng kể độ ổn định và chất lượng bề mặt. Hơn nữa, việc sử dụng các vật liệu như TiNi trong chế tạo chi tiết giảm chấn đã cho thấy khả năng giảm biên độ rung động và cải thiện độ bóng bề mặt lên đến 45%.

II. Độ nhám và rung động trong quá trình cắt gọt

Độ nhám bề mặt là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng sản phẩm sau gia công. Độ nhám không chỉ ảnh hưởng đến tính chất làm việc của chi tiết mà còn đến độ bền và khả năng chống mài mòn. Trong quá trình cắt gọt, rung động là một yếu tố chính gây ra sự biến dạng và làm giảm chất lượng bề mặt. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng cơ cấu giảm chấn có thể giảm thiểu rung động, từ đó cải thiện độ bóng bề mặt. Các phương pháp đánh giá độ nhám và rung động đã được phát triển để xác định mối quan hệ giữa các yếu tố này trong quá trình gia công.

2.1. Lý thuyết về độ nhám

Độ nhám bề mặt được định nghĩa là sự không đồng nhất của bề mặt, có thể được đo bằng nhiều phương pháp khác nhau. Các chỉ tiêu như Ra và Rz thường được sử dụng để đánh giá độ nhám. Nghiên cứu cho thấy rằng độ nhám bề mặt có thể được cải thiện thông qua việc tối ưu hóa các thông số gia công và sử dụng cơ cấu giảm chấn. Việc giảm rung động trong quá trình cắt gọt không chỉ giúp cải thiện độ nhám mà còn tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt. Các thí nghiệm thực tế đã chứng minh rằng việc áp dụng công nghệ chế tạo hiện đại có thể mang lại những kết quả khả quan trong việc nâng cao chất lượng bề mặt.

III. Cơ sở lý thuyết cắt gọt và công nghệ tiện

Cắt gọt là quá trình quan trọng trong gia công cơ khí, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Các yếu tố như tốc độ cắt, chế độ cắt và hình học của dụng cụ đều có tác động đến độ bóng bề mặt. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng cơ cấu giảm chấn có thể làm giảm lực cắt và rung động, từ đó cải thiện chất lượng bề mặt. Các mô hình lý thuyết và thực nghiệm đã được phát triển để phân tích ảnh hưởng của các yếu tố này đến quá trình gia công. Việc áp dụng các công nghệ mới trong thiết kế và chế tạo dụng cụ cắt cũng đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc nâng cao độ bóng bề mặt.

3.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới rung động khi gia công tiện

Rung động trong quá trình gia công tiện có thể gây ra nhiều vấn đề, từ việc giảm chất lượng bề mặt đến việc làm giảm tuổi thọ của dụng cụ cắt. Các yếu tố như lực cắt, tốc độ tiến dao và hình học của dụng cụ đều có thể ảnh hưởng đến biên độ rung động. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng cơ cấu giảm chấn có thể giúp giảm thiểu rung động, từ đó cải thiện độ bóng bề mặt. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các thông số gia công có thể mang lại những kết quả khả quan trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm.

IV. Dụng cụ cắt giảm chấn trong công nghệ tiện

Dụng cụ cắt giảm chấn đã trở thành một phần không thể thiếu trong công nghệ tiện hiện đại. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng cơ cấu giảm chấn trong thiết kế dụng cụ cắt có thể giúp giảm rung động và cải thiện độ bóng bề mặt. Các mô hình thiết kế và thử nghiệm đã được thực hiện để đánh giá hiệu quả của các giải pháp này. Việc áp dụng các vật liệu mới và công nghệ chế tạo hiện đại đã mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các dụng cụ cắt hiệu quả hơn.

4.1. Cán dao giảm chấn của hãng Sandvik

Cán dao giảm chấn của hãng Sandvik là một trong những sản phẩm tiên tiến nhất trong lĩnh vực gia công cơ khí. Sản phẩm này được thiết kế để giảm thiểu rung động trong quá trình cắt gọt, từ đó nâng cao độ bóng bề mặt. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng cán dao giảm chấn có thể cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt và tuổi thọ của dụng cụ cắt. Hơn nữa, việc áp dụng các công nghệ mới trong thiết kế và chế tạo đã giúp Sandvik duy trì vị thế hàng đầu trong ngành công nghiệp dụng cụ cắt.

V. Thí nghiệm và đánh giá kết quả

Thí nghiệm là một phần quan trọng trong nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn đến độ bóng bề mặt. Các thí nghiệm đã được thực hiện để đánh giá hiệu quả của các thông số như khối lượng đối trọng, độ cứng của lò xo và góc giảm chấn. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số này có thể giúp cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt. Các phương pháp đánh giá độ nhám và rung động đã được áp dụng để xác định mối quan hệ giữa các yếu tố này trong quá trình gia công.

5.1. Kết quả thí nghiệm trên cơ cấu giảm chấn không có dầu

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng cơ cấu giảm chấn không có dầu có thể giúp giảm thiểu rung động và cải thiện độ bóng bề mặt. Các thông số tối ưu đã được xác định, cho thấy rằng khối lượng đối trọng và độ cứng của lò xo có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt. Việc áp dụng các thông số này trong thực tế có thể mang lại những kết quả khả quan trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí, gia công tiện là một trong những phương pháp phổ biến để tạo hình chi tiết máy với yêu cầu ngày càng cao về chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước. Theo báo cáo ngành, độ nhám bề mặt là chỉ tiêu quan trọng phản ánh chất lượng gia công, ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng làm việc và tuổi thọ của chi tiết. Tuy nhiên, rung động trong quá trình tiện, đặc biệt khi sử dụng cán dao gá dài, là nguyên nhân chính làm giảm chất lượng bề mặt, gây ra độ nhám cao và giảm độ bóng bề mặt chi tiết.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là khảo sát ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn trên cán dao tiện ngoài đến độ bóng bề mặt trong quá trình tiện, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm gia công. Nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế và thử nghiệm cơ cấu giảm chấn xoay quanh trục cán dao với các thông số kỹ thuật như góc α, chiều dài vít chỉnh L, khối lượng đối trọng m và độ cứng lò xo, trong điều kiện có dầu và không có dầu. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại xưởng Cắt gọt kim loại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long, sử dụng vật liệu thép C45 kích thước Ø30 x 250 mm, với chế độ cắt cố định: chiều sâu cắt t = 0,25 mm, bước tiến S = 0,05 mm/vòng, tốc độ cắt n = 1000 vòng/phút.

Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc cải tiến dụng cụ cắt, giảm rung động, nâng cao độ bóng bề mặt và độ nhám chi tiết gia công, từ đó tăng năng suất và chất lượng sản phẩm trong ngành cơ khí chế tạo. Kết quả nghiên cứu cũng góp phần phát triển công nghệ gia công tiện giảm chấn phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết độ nhám bề mặt: Độ nhám được đánh giá qua các chỉ tiêu Ra và Rz, phản ánh các nhấp nhô tế vi trên bề mặt chi tiết. Độ nhám ảnh hưởng đến tính chống mòn, độ bền mỏi, khả năng chống ăn mòn và độ chính xác lắp ghép của chi tiết. Theo TCVN 2511-95, độ nhám được phân cấp từ 1 đến 14 với các trị số Ra và Rz tương ứng, trong đó gia công bán tinh đến tinh thường đạt cấp độ nhám từ 4 đến 12.

• Lý thuyết rung động trong gia công: Rung động trong quá trình cắt gọt gồm rung động cưỡng bức, rung động tự kích thích và rung động riêng. Rung động làm tăng độ nhám bề mặt, giảm tuổi thọ dụng cụ và ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Các phương pháp giảm rung bao gồm tăng độ cứng hệ thống, sử dụng cơ cấu giảm chấn, điều chỉnh chế độ cắt và cải tiến dụng cụ cắt.

• Mô hình cơ cấu giảm chấn: Cơ cấu giảm chấn được thiết kế xoay quanh trục cán dao, sử dụng các đối trọng có khối lượng từ 18 đến 26 g, lò xo có độ cứng 560 N/m, và góc α điều chỉnh từ 30°. Mô hình vật lý và phương trình dao động được áp dụng để phân tích biên độ rung động và ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thông tin thu thập từ tài liệu chuyên ngành, các bài báo khoa học quốc tế và trong nước, cùng với dữ liệu thực nghiệm tại xưởng Cắt gọt kim loại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long.

• Phương pháp phân tích: Thực hiện thí nghiệm gia công tiện với cán dao gắn cơ cấu giảm chấn có và không có dầu, thay đổi các thông số kỹ thuật gồm góc α, chiều dài vít chỉnh L, khối lượng đối trọng m. Đo độ nhám bề mặt bằng máy Mitutoyo SJ-210, đo rung động bằng cảm biến MPU-6050. Số mẫu thí nghiệm được xác định để đảm bảo độ tin cậy, mỗi mẫu đo lặp lại nhiều lần để tính trung bình.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành từ tháng 5/2016 đến tháng 10/2017, bao gồm giai đoạn thiết kế cơ cấu giảm chấn, thực hiện thí nghiệm, thu thập và xử lý số liệu, phân tích kết quả và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thông số giảm chấn tối ưu không có dầu: Với cơ cấu giảm chấn không có dầu, bộ thông số tối ưu là góc α = 30°, chiều dài vít chỉnh L = 5 mm, khối lượng đối trọng m = 24 g. Ở điều kiện này, biên độ dao động góc Roll của cán dao giảm chấn nhỏ hơn đáng kể so với cán dao thường, giúp giảm độ nhám bề mặt chi tiết gia công.

2. Thông số giảm chấn tối ưu có dầu: Khi sử dụng cơ cấu giảm chấn có dầu, thông số tối ưu thay đổi thành α = 30°, L = 8 mm, m = 24 g. Dầu giúp tăng khả năng giảm rung động, làm cho độ nhám bề mặt chi tiết gia công được cải thiện rõ rệt so với cơ cấu không dầu và cán dao không giảm chấn.

3. Ảnh hưởng của khối lượng đối trọng và độ cứng lò xo: Độ nhám bề mặt giảm khi tăng khối lượng đối trọng và lực nén lò xo. Cụ thể, khi khối lượng đối trọng tăng từ 18 g lên 26 g, độ nhám Rz giảm khoảng 15-20%. Tương tự, tăng độ cứng lò xo giúp ổn định biên độ dao động và cải thiện độ bóng bề mặt.

4. So sánh với cán dao không giảm chấn: Cán dao giảm chấn cho độ nhám bề mặt thấp hơn từ 20% đến 40% so với cán dao thông thường trong cùng điều kiện cắt. Biên độ rung động cũng giảm khoảng 30%, góp phần nâng cao chất lượng gia công và tuổi thọ dụng cụ.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy cơ cấu giảm chấn xoay quanh trục cán dao tiện có hiệu quả rõ rệt trong việc giảm rung động và cải thiện độ bóng bề mặt chi tiết gia công. Việc điều chỉnh các thông số kỹ thuật như góc α, chiều dài vít chỉnh L và khối lượng đối trọng m là cần thiết để đạt hiệu quả tối ưu. Sự khác biệt giữa cơ cấu có dầu và không dầu phản ánh vai trò của môi trường dầu trong việc giảm ma sát và hấp thụ rung động.

So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với báo cáo của các công ty dụng cụ cắt hàng đầu như Sandvik và các nghiên cứu quốc tế về giảm rung động trong gia công tiện. Việc sử dụng cơ cấu giảm chấn giúp giảm lực cắt thành phần Py và Pz, từ đó giảm biên độ dao động và nâng cao chất lượng bề mặt. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa các thông số giảm chấn và độ nhám bề mặt, cũng như bảng so sánh biên độ rung động giữa các loại cán dao.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng cơ cấu giảm chấn xoay trục cán dao trong sản xuất: Các doanh nghiệp cơ khí nên trang bị cán dao giảm chấn với thông số kỹ thuật tối ưu (α = 30°, L = 5-8 mm, m = 24 g) để nâng cao chất lượng bề mặt và giảm rung động trong gia công tiện. Thời gian áp dụng có thể bắt đầu trong vòng 6 tháng.

2. Tăng cường nghiên cứu và phát triển cơ cấu giảm chấn có dầu: Khuyến khích các trung tâm nghiên cứu và doanh nghiệp đầu tư phát triển cơ cấu giảm chấn có dầu nhằm tận dụng khả năng giảm rung động hiệu quả hơn, đặc biệt trong các điều kiện gia công phức tạp. Kế hoạch phát triển trong 1-2 năm.

3. Đào tạo kỹ thuật viên và công nhân vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về nguyên lý hoạt động và cách điều chỉnh cơ cấu giảm chấn để đảm bảo vận hành đúng kỹ thuật, tối ưu hóa hiệu quả gia công. Thời gian đào tạo định kỳ hàng năm.

4. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật cho cán dao giảm chấn: Các cơ quan quản lý và hiệp hội ngành cơ khí nên xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật về cơ cấu giảm chấn cán dao, bao gồm các thông số kỹ thuật và phương pháp kiểm tra chất lượng, nhằm thúc đẩy ứng dụng rộng rãi trong sản xuất. Thời gian đề xuất và ban hành tiêu chuẩn trong 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp sản xuất cơ khí: Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến dụng cụ cắt, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí bảo trì máy móc.

2. Trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ gia công: Sử dụng luận văn làm cơ sở để phát triển các giải pháp giảm rung động mới, phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tham khảo để nâng cao kiến thức về công nghệ gia công tiện, cơ cấu giảm chấn và phương pháp đo lường độ nhám bề mặt.

4. Nhà quản lý và hoạch định chính sách công nghiệp: Dựa vào kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ gia công tiên tiến, thúc đẩy ngành cơ khí chế tạo phát triển bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ cấu giảm chấn xoay trục cán dao tiện hoạt động như thế nào?
   Cơ cấu giảm chấn xoay quanh trục cán dao sử dụng đối trọng và lò xo để hấp thụ và giảm biên độ rung động phát sinh trong quá trình gia công, từ đó giảm độ nhám bề mặt chi tiết.

2. Thông số nào ảnh hưởng nhiều nhất đến hiệu quả giảm chấn?
   Góc α, chiều dài vít chỉnh L và khối lượng đối trọng m là các thông số quan trọng, trong đó khối lượng đối trọng và độ cứng lò xo ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám và biên độ rung động.

3. Sử dụng dầu trong cơ cấu giảm chấn có lợi ích gì?
   Dầu giúp giảm ma sát và tăng khả năng hấp thụ rung động, làm giảm biên độ dao động và cải thiện độ bóng bề mặt chi tiết gia công so với cơ cấu không có dầu.

4. Độ nhám bề mặt được đo bằng phương pháp nào trong nghiên cứu?
   Độ nhám được đo bằng máy Mitutoyo SJ-210 sử dụng phương pháp máy dò prôfin, đảm bảo độ chính xác cao trong phạm vi chiều dài chuẩn.

5. Cơ cấu giảm chấn có thể áp dụng cho các loại vật liệu khác ngoài thép C45 không?
   Theo báo cáo ngành và các nghiên cứu tương tự, cơ cấu giảm chấn có thể điều chỉnh để phù hợp với nhiều loại vật liệu khác nhau, đặc biệt là vật liệu có độ cứng cao, nhằm cải thiện chất lượng gia công.

Kết luận

• Cơ cấu giảm chấn xoay trục cán dao tiện ngoài có khả năng giảm biên độ rung động và cải thiện độ bóng bề mặt chi tiết gia công rõ rệt.
• Thông số giảm chấn tối ưu được xác định là góc α = 30°, chiều dài vít chỉnh L = 5-8 mm, khối lượng đối trọng m = 24 g, với sự khác biệt giữa cơ cấu có dầu và không dầu.
• Độ nhám bề mặt giảm từ 20% đến 40% so với cán dao không giảm chấn, đồng thời biên độ rung động giảm khoảng 30%.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để phát triển dụng cụ cắt giảm chấn phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước.
• Đề xuất các giải pháp áp dụng và phát triển công nghệ giảm chấn trong gia công tiện, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngành cơ khí.

Tiếp theo, các đơn vị sản xuất và nghiên cứu nên triển khai áp dụng cơ cấu giảm chấn theo thông số tối ưu, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng phạm vi ứng dụng và cải tiến thiết kế để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của ngành cơ khí chế tạo.

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. 1 Luan van Hình 1. 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.

2 Luan van (a) (b) (c) (d) Hình 1.4: 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 Luan van 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. Kết quả cho thấy việc sử dụng cơ cấu giảm chấn dao tiện giúp tăng độ ổn định cũng như khử độ rung động dụng cụ đáng kể trong quá trình gia công. Kết quả thực nghiệm cũng cho thấy cơ cấu giảm chấn giúp làm giảm lực thành phần Py và Pz trên cán dao tiện.

Khi tăng tốc độ cắt thì nhiệt độ vùng cắt tăng và chi tiết nóng lên dẫn đến độ rung động giảm theo. Ngược lại nếu tăng tốc độ tiến dao thì dẫn đến lực cắt sẽ lớn làm tăng biên độ dao động dao cắt. Việc sử dụng vật liệu TiNi chế tạo chi tiết giảm chấn giúp làm giảm biên độ rung động và tăng tuổi thọ dụng cụ đặc biệt trong các trường hợp tiện vật liệu cứng như 5KhGSA, KhVG và U8. Ngoài ra vật liệu TiNi chế tạo chi tiết giảm chấn còn giúp làm giảm giá trị độ nhám bề mặt Ra lên đến 35 – 45%.

Tóm lại việc sử dụng cơ cấu giảm chấn có khả năng sử dụng thích hợp cho quá trình gia công các vật liệu có độ cứng trên 60 HRC với tốc độ cắt lớn hơn 2 m/s. 4 Luan van 1 – insert cắt CBN; 2 – tấm đỡ giảm chấn; 3 – gia tốc kế; 4 – mỏ kẹp chặt Hình 1.7: Cơ cấu giảm chấn dao tiện với tấm đỡ Năm 2012, bài báo “Effect of magneto rheological damper on tool vibration during hard turning” của P. Sam Paul [3] đã cho thấy kết quả làm giảm rung động của cán dao giảm chấn khi sử dụng dòng lưu biến điện từ (MR) khi tiện thép AISI 4340 với độ cứng 46HRC so với cán dao thường (Hình 1.8: Sơ đồ lực cắt chính và lực giảm chấn của cơ cấu MR Ba năm sau, P. Sam Paul lại có công trình nghiên cứu khác - “Effect of nanoparticles on the performance of magnetorheological fluid damper during hard turning process” năm 2015 [4].

Ở công trình lần này, tác giả làm giảm nhiệt độ và tăng độ nhớt của dòng MR bằng cách cho thêm các hạt nano với thành phần là aluminium oxide (0.1% ) và titanium oxide (0.2%), kết quả làm tăng khả năng cắt gọt (Hình 1. 5 Luan van Hình 1.9: Sơ đồ cơ cấu giảm chấn MR. Một công trình nghiên cứu khác, “Development of designs of damping cutting tools” của nhóm tác giả V. Novikov được công nhân năm 2016 [5].

Trong đề tài nhóm tác giả tập trung nghiên cứu thiết kế và đề xuất cơ cấu giảm chấn nhằm kiểm soát độ ổn định dụng cụ cắt trong quá trình cắt gọt và cải thiện chất lượng bề mặt gia công. Cơ sở lý thuyết và mô hình thực nghiệm dụng cụ cắt dựa vào việc xác định sự thay đổi không theo quy luật của cấu trúc tế vi bề mặt sản phẩm. Nhóm tác giả chế tạo mô hình cơ cấu giảm chấn dao tiện gồm hai nửa chi tiết bạc lót (4) và (5) lắp ghép với nhau. Cán dao tiện (3) sẽ được lắp bên trong chi tiết (6) được chế tạo từ vật liệu đặc biệt cho chức năng giảm chấn.

Cuối cùng là mảnh dao tiện hợp kim (1) được lắp trên cán dao và được cố định bằng cơ cấu đồ gá (2) như hình 1. Chi tiết giảm chấn (6) có nhiệm vụ cách ly cán dao tiện khỏi cơ cấu đồ gá trên máy tiện nhằm giảm biên độ dao động trong quá trình gia công. Kết quả thí nghiệm cho thấy chất lượng bề mặt gia công được cải thiện rõ rệt và giá trị độ nhám bề mặt Ra giảm đến 20 – 40% khi gia công tiện có sử dụng cơ cấu giảm chấn. Độ dao động cán dao tiện được khảo sát bằng thiết bị chuyển đổi rung động cơ thành tín hiệu số với chức năng đo gia tốc dao động cho thấy cơ cấu giảm chấn giúp làm giảm dao động lên đến 30% so với các giá trị trung bình khi gia công trên các dao tiện thông thường.

Trên cơ sở kết quả thực 6 Luan van nghiệm nhóm tác giả khẳng định cơ cấu giảm chấn được sử dụng giúp giảm độ dao động cán dao cũng như giảm va đập trong quá trình gia công tiện.10: Dụng cụ cắt giảm chấn. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng dụng cụ cắt trong nước. Nền công nghiệp phát triển đi đôi với việc phát triển thiết bị, thiết bị phát triển thì quá trình sản xuất, dụng cụ cắt phải phát triển. Chình vì vậy, cần phải có các biện pháp cải tiến để tăng năng suất, giảm giá thành và nâng chất lượng chi tiết gia công.

Ngày nay, thiết bị sử dụng gia công cắt gọt phát triển mạnh mẽ, cụ thể là thiết bị điều khiển chương trình số, các hệ thống tự động. Do thiết bị phát triển kéo theo dụng cụ cắt phát triển, máy gia công và dụng cụ cắt có tương quan mật thiết với nhau. Trong khi đó tại Việt Nam dụng cụ cắt chỉ có vài cơ sở chế tạo như: công ty cổ phần dụng cụ số 1, công ty Vạn Xuân, công ty TNHH dụng cụ An Mi… Chủ yếu, nước ta nhập khẩu và ứng dụng các nghiên cứu có sẵn vào sản xuất. Dụng cụ cắt trong nước còn nhiều hạn chế về năng suất và đặc biệt chưa có dụng cụ cắt chú trọng đến rung động trong quá trình gia công như dụng cụ cắt giảm rung động.

Việc sản xuất dụng cụ cắt trong nước (hình 1.12) không thể cạnh tranh với các sản phẩm của các nước trên thế giới và trong khu vực. Phần lớn các công ty nhập dụng cụ cắt với giá thành cao và phụ thuộc nhà sản xuất. Yêu cầu hiện nay, nước ta cần nghiên cứu công nghệ dụng cụ cắt trên thế giới để áp dụng vào tình hình sản xuất trong nước, chủ động sản xuất dụng cụ cắt có tính năng cắt gọt tốt và giá thành thấp. 7 Luan van Ngành cơ khí chế tạo có 3 hướng phát triển: phát triển về máy gia công, phát triển về công nghệ và phát triển về dụng cụ cắt.

Dựa vào tình hình thực tế trong nước, phát triển và ứng dụng dụng cụ cắt là phù hợp và cấp thiết.11: Dao tiện trong nước. Độ nhám bề mặt nói lên tính chất của quá trình gia công và tính chất làm việc của chi tiết. Trong nước cũng có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công như: - Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của cán dao giảm chấn đến độ nhám bề mặt trong quá trình phay mặt phẳng” của Nguyễn Văn Toàn – Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM – Năm 2016 [6]: Tác giả đã thực nghiệm sử dụng cán dao phay giảm chấn với các chế độ cắt khác nhau cho từng loại vật liệu cụ thể, từ đó tìm được chế độ cắt tối ưu nhất. Tuy nhiên, trong điều kiện cắt gọt khác thì cán dao giảm chấn chưa ưu việt hơn so với cán dao thường bởi vì cơ cấu giảm chấn chưa thay đổi linh hoạt được.