chương 1 và 2 giới thiệu tổng quan về gia công hỗ trợ bằng rung động. Chương 3 là cơ sở lý thuyết, chương 4 thảo luận về thiết kế và nghiên cứu khớp mềm cho việc khoan thử nghiệm các vật liệu nhôm. Chương 2 5 đề cập đến việc khoan thử nghiệm vật liệu nhôm AA7075 và AA6061 hỗ trợ bởi rung động tần số thấp và tối ưu hóa các thông số thí nghiệm bằng phương pháp Taguchi. Chương 6 đề xuất khuyến nghị cho đề tài.
3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài Nhóm tác giả Seeholzer, Lukas và các đồng sự đã thực hiện nghiên cứu khoan có hỗ trợ rung động tần số thấp đối với vật liệu đa lớp CFRP/Aluminium [1], kết quả cho thấy LF-VAD tiềm năng trong việc giảm thiểu hư hại tại điểm nhập của lỗ (Entrance of hole) CFRP và tạo điều kiện cho việc thoát phoi dễ dàng hơn, nhưng cũng yêu cầu cẩn trọng trong việc chọn lựa tham số quy trình để tối ưu hóa chất lượng lỗ khoan và giảm thiểu sự hình thành bavia tại điểm ra của lỗ (Exit of hole) nhôm. 1: Hình ảnh kính hiển vi đầu vào thông thường và kết quả khoan thông thường được xử lý dữ liệu 3D 4 Hình 2. 2: Hình ảnh kính hiển vi đầu vào thông thường và dữ liệu 3D được xử lý thu được-LF-VAD 5 Hình 2. 3 Hình ảnh tốc độ cao đại diện cho các trạng thái khi thâm nhập dao khác nhau trong CFRP đối với các thông số khoan (vc90, f0.04 và AVAD = 60 μm) Một nghiên cứu khác vào năm 2021, Feng Jiao, Yuanxiao Li,… cũng nghiên cứu khoan có hỗ trợ rung động tần số thấp cho vật liệu đa lớp CFRP/Titanium [2], kết quả cho thấy sự vượt trội của chiều dài phoi sau khi khoan, LFVAD dưới các thông số xử lý thích hợp sẽ cải thiện hiệu quả loại bỏ phoi và giảm đáng kể nhiệt độ khoan, có ứng dụng đầy hứa hẹn trong cấu trúc nhiều lớp hợp kim CFRP/Titan (nhôm) và các vật liệu khó cắt khác.
4: Hình thái chip: a A=0 μm, b A=10 μm, c A=20 μm, d A=30 μm Hình 2. 5 Hình chiều cao gờ bavia tại đầu vào và đầu ra của lỗ của Ti6Al4V 7 Hình 2. 6 Hình thái lối vào và lối ra của CFRP: a hình thái thành lỗ có A=0 μm, b hình thái thành lỗ có A=20 μm Tác giả Hisham Alkhalefah, trong bài nghiên cứu Khoan các lỗ vật liệu Alumina Gốm (Al2O3) bằng Khoan siêu âm (RUD). Dựa trên công việc nghiên cứu này có thể suy ra các kết luận: RUD là một quy trình hiệu quả để khoan chính xác và các lỗ chính xác trong những vật liệu khó cắt chẳng hạn như gốm sứ.
Kết quả cho thấy rằng MRR (tỉ lệ phoi cắt gọt ) chỉ phụ thuộc vào tốc độ ăn dao, trong khi độ trụ của các lỗ chủ yếu được kiểm soát bởi tốc độ trục xoay và tốc độ ăn dao. Hơn nữa, tốc độ ăn dao thể hiện ảnh hưởng mạnh nhất đến góc độ côn tiếp theo là tần số và tốc độ. 7 Nguyên lý hoạt động của gia công quay siêu âm (RUM) để loại bỏ vật liệu. 8 (a) DMG siêu âm-20 máy tuyến tính, (b) chi tiết thiết lập thử nghiệm và (c) sơ đồ thiết lập thử nghiệm.
9 (a) Phối hợp hệ thống máy đo CMM và (b) Phạm vi bao phủ điểm đo. Các nhà nghiên cứu như V. Mitrofanov [4] đã khám phá và áp dụng kỹ thuật rung động trong quá trình tiện các vật liệu khó gia công như Inconel 718 từ sớm như năm 2004. Các nghiên cứu của họ tiết lộ rằng, so với việc tiện truyền thống, tiện hỗ trợ bằng rung động có thể cải thiện độ nhẵn bề mặt lên đến 50% về độ nhám trung bình và đo lường từ đỉnh đến đáy.
Guo [5] đã phát triển một mô hình dựa trên vật lý để dự đoán lực cắt trong quá trình mài hỗ trợ bằng rung động siêu âm cho các hợp kim titan. Mô hình này cung cấp cái nhìn sâu sắc giá trị cho việc cải thiện hiệu quả và chất lượng gia công bằng cách tối ưu hóa các tham số quy trình trong khoan titan với sự hỗ trợ rung động siêu âm. Công trình của họ đặt nền móng lý thuyết cho những tiến bộ trong kỹ thuật gia công sau này. Trong một nghiên cứu khác, Chen W, Teng X, Zheng L, Xie W và Huo D [6] chứng minh thông qua thí nghiệm phay trên vật liệu Ti6AL4V rằng hỗ trợ rung động tần số thấp đáng kể giảm lượng và kích thước mảnh vụn.
Sự giảm kích thước mảnh vụn được giải thích thông qua ảnh hưởng của rung động đến quá trình cắt, làm giảm áp suất và ma sát và hỗ trợ việc loại bỏ mảnh kim loại. Bài báo "Phân tích khoan hỗ trợ bằng rung động siêu âm cho vật liệu Ti6Al4V" của Pujana J, Rivero A [7] và cộng sự, cùng với "Khoan Hỗ Trợ Rung Động cho Vật Liệu Hàng Không" của Pecat O, Paulsen T và nhóm của họ [8], đã nêu bật lợi ích của khoan hỗ trợ rung động so với phương pháp truyền thống. Những lợi ích này bao gồm nhiệt độ khoan thấp hơn, tuổi thọ công cụ dài hơn và sự cải thiện rõ rệt về chất lượng lỗ và hiệu quả khoan. 10 Khoan hỗ trợ bằng rung động được phân loại thành Khoan hỗ trợ rung động tần số thấp (LF-VAD) và Khoan Hỗ Trợ Rung Động Siêu Âm (UVAD), mỗi phương pháp phù hợp cho vật liệu khó gia công [9-11].
Mặc dù UVAD được biết đến với hiệu quả của nó, biên độ rung động cao trong phương pháp này có thể hạn chế hiệu quả của quá trình gia công [12-14]. Ngược lại, LF-VAD mang lại lợi ích trong việc cắt, loại bỏ mảnh vụn và giảm nhiệt độ khoan, đồng thời duy trì hiệu quả tổng thể của quá trình gia công [15-19].2 Các nghiên cứu trong nước Hiện nay, có rất ít nghiên cứu trong nước về phay hỗ trợ bằng rung động. Lợi ích của việc áp dụng hỗ trợ rung động trong gia công cơ khí đã được chứng minh trong nhiều nghiên cứu. Năm 2015, Nguyễn Văn Dự và Chu Ngọc Hùng [20] đã tiến hành các nghiên cứu so sánh dựa trên ba tiêu chí: sự dính mảnh trên lưỡi cắt, cấu trúc mảnh vụn và mức độ biến dạng đường kính lỗ khoan.
Bài báo này đã minh họa những lợi ích của khoan hỗ trợ bằng rung động ảnh hưởng đến độ chính xác của lỗ khoan. Kết quả của nghiên cứu này khẳng định lợi ích của phương pháp khoan hỗ trợ bằng rung động tần số thấp với thiết kế giá đỡ đơn giản, sớm giúp nhiều nhà nghiên cứu về VAD phát triển ở quy mô trong nước. Các tác giả: Chu Ngọc Hùng, Nguyễn Văn Dự và Đỗ Thế Vinh [21] đã trình bày các nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng tích cực của việc khoan sâu hỗ trợ rung động trên hợp kim nhôm Al-6061. Bài báo chỉ ra rằng có bốn tiêu chí đánh giá quan trọng nhất trong khoan: khả năng gia công, nhiệt độ phôi, tốc độ loại bỏ vật liệu và mô-men xoắn.
Họ kết luận rằng tốc độ loại bỏ vật liệu với khoan hỗ trợ bằng siêu âm (UAD) lên đến 3,5 lần cao hơn so với khoan truyền thống (CD) và nhiệt độ trung bình và mô-men xoắn của phôi trong UAD giảm lần lượt 3,5 và 6 lần. Hơn nữa, tuổi thọ của dụng cụ trong UAD tăng từ 2,5 đến 5 lần, về số lượng lỗ khoan, so với trong CD. 11 Hiện tại, trong LFVAD, phần tạo ra rung động chủ yếu sử dụng cơ cấu cơ khí, điện và thủy lực. Cơ cấu điện có cấu trúc đơn giản và có thể tạo ra tần số cao, tuy nhiên, chúng chỉ phù hợp cho việc khoan những lỗ nhỏ.
Cơ cấu thủy lực có độ bền cao, năng suất lớn nhưng chi phí đầu tư cao và cấu trúc máy phức tạp. Cơ cấu cơ khí cũng có thiết kế đơn giản, độ bền cao và chi phí thấp, đảm bảo độ cứng, tuy nhiên, cơ cấu cam, bánh xe lệch tâm và cơ cấu trượt khuỷu tạo ra sự không tiện lợi trong việc điều chỉnh biên độ tần số rung động. Thêm vào đó, lò xo thường được sử dụng làm cơ cấu linh hoạt, nhưng lò xo có độ cứng kém và biên độ rung động trong hệ thống khoan không đạt yêu cầu. Do đó, cơ cấu tạo rung động là một trong những yếu tố hạn chế khả năng ứng dụng của công nghệ khoan hỗ trợ bằng rung động.3 Khớp mềm và ứng dụng của khớp mềm 2.1 Tình hình nghiên cứu về khớp mềm/khớp đàn hồi.
Một dạng cơ cấu đàn hồi phổ biến được sử dụng trong tổng hợp cơ cấu là khớp bản lề đàn hồi. Khớp này có cấu trúc đơn giản, được tạo ra bằng cách cắt khoét một phần của một khối vật liệu (Hình 2.10) [22] và tạo ra chuyển động dựa trên tính linh hoạt của vật liệu chính. Điều này giúp khớp bản lề đàn hồi khắc phục các nhược điểm của khớp truyền thống. Bằng việc không cần chế tạo từ nhiều chi tiết khác nhau, khớp bản lề đàn hồi không gặp các vấn đề như ma sát, tiếng ồn, mài mòn, cần bôi trơn và không có khe hở.
Ngoài ra, nó tiết kiệm không gian và giảm chi phí cho các bộ phận, vật liệu, lắp ráp và bảo trì. Cấu trúc khớp bản lề đàn hồi nguyên khối đặc biệt hữu ích khi sử dụng để truyền chuyển động với độ chính xác ở mức micro và thậm chí dưới micro trong các nhiệm vụ gia công yêu cầu độ chính xác cao, hoặc trong các thiết bị y sinh, hệ thống vi cơ điện từ (MEMS). 10 Khớp đàn hồi với cấu tạo nguyên khối [22] (R: bán kính; chiều dày; b: chiều rộng; 𝜃 m : góc xoay) 2.2 Khớp đàn hồi và chuỗi động đàn hồi Cơ cấu đàn hồi được thiết kế dựa trên hai dạng chính, đó là: khớp bản lề đàn hồi và thanh mảnh. Loại khớp bản lề đàn hồi đã được nghiên cứu từ những năm 1960.
Đặc điểm thiết kế của loại khớp này là một tấm vật liệu nguyên khối được cắt khoét một phần với hình dạng được xác định bằng các đường cong toán học, như được mô tả trong Hình 2. Các phương pháp chế tạo chủ yếu bao gồm cắt, phun ép, tạo mẫu nhanh và phủ mạ điện. 11 Khớp bản lề đàn hồi [22] Việc kết hợp các khớp bản lề đàn hồi trong một số kết cấu đặc biệt cho phép tạo ra các khớp tịnh tiến đàn hồi, khớp cardan/universal đàn hồi và khớp cầu đàn hồi. Các kết cấu 13 đàn hồi có thể được kết hợp để tạo ra các nhóm khớp đàn hồi có một số bậc tự do và có thể sử dụng như chuỗi động Hình 2.12 [22], tạo thành cơ cấu đàn hồi Hình 2.