Chương 1 Giới thiệu Công nghệ siêu âm đang đƣợc áp dụng rộng rãi trong các cơ cấu gia công trong công nghiệp chẳng hạn nhƣ là hàn siêu âm, cắt siêu âm, khuấy siêu âm… Nƣớc ta đang trong giai đoạn phát triển công nghiệp hóa- hiện đại hóa thế nhƣng trong lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất các thiết bị siêu âm công suất cao ở nƣớc ta vẫn còn chƣa phát triển nhiều. Chính vì nhu cầu của thị trƣờng cùng với lĩnh vực mới còn nhiều cơ hội cho nên việc nghiên cứu và chế tạo một thiết bị siêu âm công suất cao là thiết yếu hiện nay. Cụ thể hơn đó là Máy đột dập siêu âm. Tuy công nghệ đột dập đã phát triển từ rất lâu thế nhƣng theo sự phát triển của khoa học kỹ thuật cũng nhƣ xu hƣớng nền công nghiệp xanh thì việc áp dụng siêu âp vào đột dập sẽ làm cho việc đột dập thân thiện hơn với mồi trƣờng cũng nhƣ có đƣợc các sản phẩm có tính thẩm mỹ cao hơn mà ít kinh phí hơn.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Đề tài nghiên cứu và chế tạo máy đột dập siêu âm, cụ thể hơn là sử dụng nguồn phát siêu âm 20kHz kết hợp cùng với các nguyên lý đột dập cơ bản để có thể chế tạo ra máy đột dập siêu âm mà sản phẩm đột dập chính ở đây đó là các loại vải không dệt, nhựa. Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1. Đối tƣợng nghiên cứu: Nguyên lý đột dập bằng xylanh khí nén. Bộ nguồn phát sóng siêu âm 20 kHz.
Một số vật liệu nhựa, vải có thể sử dụng để đột dập bằng siêu âm. Phạm vi nghiên cứu: Chế tạo máy đột dập siêu âm Nghiên cứu bộ nguồn phát 20 kHz. Tiềm hiểu sơ bộ về một số vật liệu nhựa, vải cho thể sử dụng để đột dập bằng siêu âm. Kết cấu của luận văn tốt nghiệp Luận văn tốt nghiệp bao gồm 6 chƣơng: Chƣơng 1: Giới thiệu về đề tài.
Chƣơng 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài. Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết. Chƣơng 4: Tính toán bộ nguồn phát siêu âm và thiết kế đe đột. Chƣơng 5: Thực nghiệm và hình ảnh.
Chƣơng 6: Kết luận và hạn chế. 1 do an Chương 2 Tổng quan nghiên cứu đề tài 2. Nghiên cứu về phƣơng pháp đột, dập Phƣơng pháp đột, dập lỗ là một nguyên công của phƣơng pháp dập tấm. Phƣơng pháp này dựa vào tính dẻo của kim loại cũng nhƣ sử dụng ngoại lực của thiết bị nhằm tách một phần của vật liệu này ra khỏi một phần khác theo một đƣờng bao khép kín hoặc không khép kín và kim loại bị phá vỡ liên kết giữa các phần tử tại vùng cắt.
Một số nguyên lý đột dập Đột dập bằng cơ cấu tay quay con trƣợt: 1: Bánh dẫn động 2: Trục dẫn động 3: Chày đột Hình 2.1: Cơ cấu tay quay con trƣợt Phƣơng pháp đột dập cơ cấu tay quay con trƣợt đơn giản, năng xuất, sử dụng nguyên lý tay quay con trƣợt để tao lực đột, dập. Lực đột dập không lớn. 2 do an Đột dập bằng xylanh thủy lực / khí nén: 1: Chày 2: Cối Hình 2.2: Cơ cấu đột bằng xylanh Sử dụng xylanh thủy lực để đột, dập là phƣơng pháp rất phổ biến hiện nay vì có thể tạo ra đƣợc lực đột, dập lớn. Nhƣng khi sử dụng khí nén thì lực đột dập nhỏ hơn rất nhiều, phù hợp với việc đột, dập có chi tiết mỏng bằng nhựa, vải cũng nhƣ là giá thành rẻ.
Kết cấu của cối Kết cấu lỗ làm việc của cối để dập hình và đột lỗ tùy thuộc vào chiều dày của vật liệu chi tiết dập ( hoặc phôi), tùy thuộc vào hình dạng kích thƣớc, yêu cầu độ chính xác, dạng sản xuất và nhiều yếu tố khác. 3 do an h a b Dc h 90.3: Hình dạng cối [5] Kết cấu nhƣ hình a có một phần làm việc hình lăng trụ đƣợc sử dụng để dập các chi tiết hình dạng phức tạp hoặc yêu cầu độ chính xác cao. Chiều cao phần làm việc h=(3÷15) mm tùy thuộc vào chiều dày của phôi tƣơng ứngg từ 0. Góc côn của lỗ thoát cối α=(3÷5)0 để đảm bảo ổn định kích thƣớc của chi tiết dập sau khi đẩy qua lỗ cối, tuy nhiên tuổi thọ của cối không cao.
Cối có kết cấu nhƣ hình b dùng để cắt đột các chi tiết nhỏ và trung bình, hình dạng đơn giản vầ độ chính xác không cao. Cối có lỗ hình côn trên toàn bộ chiều cao của cối với góc côn α= 30’ ÷ 1030’. Loại kết cấu này khi mài lại cối (để lấy mép sắc) sẽ làm cho kích thƣớc của lỗ cối tăng lên (nếu mài đi 3mm thì kích thƣớc của lỗ cối tăng lên 0.1mm), góc côn của phần làm việc có thể từ 15’ ÷ 10, tuổi thọ của cối cao hơn so với loại a. Cối có kết cấu nhƣ hình d có phần làm việc là hình trụ và lỗ thoát đƣợc mở rộng, đƣợc sử dụng để cắt đột các lỗ có đƣờng kính D ≤ 40mm chiều cao phần làm việc h ≥ 3mm.
Nếu chiều dày vật liệu dập càng tăng thì chiều cao h cũng tăng lên. Kết cấu của chày Kết cấu phần làm việc của chày cũng có những dạng khác nhau tùy thuộc vào hình dạng và kích thƣớc chi tiết (hoặc lỗ đột), tùy thuộc vào chiều dày vật liệu dập, dạng sản xuất, yêu cầu về độ chính xác của chi tiết, ta có các dạng phổ biến sau 90.4: Hình dạng chày [5] Chày có kết cấu phần làm việc nhƣ hình a là dạng đơn giản nhất và đƣợc dùng phổ biến. Khi đƣờng kính chày d ≥ 50mm ngƣời ta có thể khoét lõm phần mặt đầu của chày để dễ dàng mài lại (nhƣ hình b). Chiều rộng b= 2÷5 mm cần phải lớn hơn chiều rộng của ổ biến dạng xuất hiện trong quá trình đột dập.
Khi đột các lỗ tren các tấm dày (S ≥ 8mm) cần phải chú ý giảm lực tháo gỡ sản phẩm, khi đó chày đƣợc làm côn với góc côn nhỏ Δ = 300 ÷ 10 (hình c) và khi cần giảm lực đẩy sản phẩm qua lỗ cối hoặc khi đột các lỗ theo các dấu đã khoan sẵn ngƣời ta 5 do an thƣờng làm chày có góc côn ngƣợc với góc côn Δ= 10 và có phần chóp nón ở mặt đầu của chày (hình d). Siêu âm trong công nghiệp Siêu âm hiện nay đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhƣ y khoa, nông nghiệp, công nghiệp, thực phẩm. Trong công nghiệp siêu âm đƣợc sử dụng khá đa dạng, nhờ vào khả năng tác dụng cơ học lớn của dao động siêu âm, ngành công nghiệp đã ứng dụng nó vào việc hàn một số vật liệu cũng nhƣ là đột, dập, rửa… Hình 2.5: Ứng dụng siêu âm trong công nghiệp 2. Lý thuyết về sóng siêu âm Sóng âm là dạo động của các hạt của các chất rắn, chất lỏng và chất khí; đó là các chất đàn hồi.
Nói một cách khác, sóng âm thanh là một sóng đàn hồi lan truyền trong môi trƣờng đàn hồi cũng có nghĩa là mọi vật thể đàn hồi đều lan truyền đƣợc sóng âm thanh. Tùy theo dải tần, ngƣời ta phân chia sóng đàn hồi thành các vùng sau: Vùng hạ âm có tần số từ 1Hz đến 20Hz. Vùng âm tần có tần số từ 20Hz đến 20KHz. Vùng siêu âm có tần số từ 20KHz đến 100Mhz.
Vùng cực siêu âm có tần số > 100Mhz. Mặc dù có cùng bản chất là sóng đàn hồi nhƣng do có tần số khác nhau nên có các ứng dụng khác nhau 6 do an Đặc điểm: Sóng siêu âm mang năng lƣợng lớn hơn sóng âm (chẳng hạn với cùng một biên độ dao động, năng lƣợng sóng tại tần số 1Mhz lớp gấp 106 lần năng lƣợng sóng tại tần số 1KHz). Trong cùng một môi trƣờng truyền sóng, sóng siêu âm có bƣớc sóng ngắn nên có tính định hƣớng cao. Lợi dụng tính chất này ngƣời ta có thể chế tạo các hệ hội tụ để tập trung năng lƣợng lớn trên một diện tích hẹp.
Trong dải sóng siêu âm với một điều kiện nhất định xuất hiện hiện tƣợng xâm thực xảy ra trong chất lỏng. Tính chất này đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng. Hiệu ứng Doppler: là hiện tƣợng tần số và bƣớc sóng thay đổi khi vị trí của nguồn sóng thay đổi. Phân loại sóng siêu âm: Trên cơ sở của dạng dao động của các hạt trong môi trƣờng so với phƣơng truyền sóng, sóng siêu âm đƣợc phân loại thành sóng dọc, sóng ngang, sóng bản mỏng, sóng mặt.
Sóng dọc: Sóng dọc còn gọi là sóng nén. Trong sóng dọc, các vùng nén và dãn kế tiếp nhau đƣợc tạo ra do sự dao động của các hạt song song với phƣơng truyền sóng.6: Sóng dọc Sóng ngang: Sóng ngang còn gọi là sóng trƣợt. Trong sóng ngang, các vùng nén à dãn kế tiếp nhau đƣợc tạo ra do sự dao động của các hạt vuông góc với phƣơng truyền sóng.7: Sóng ngang 7 do an Để cho sóng ngang lan truyền đƣợc thì liên kết giữa các hạt trong môi trƣờng phải là vững chắc. Sóng ngang chỉ lan truyền đƣợc trong môi trƣờng chất rắn.
Trong các chất lỏng và chất khí khoảng cách giữa các nguyên tử là quá lớn nên lực tƣơng tác giữa chúng nhỏ, dao động ngang bị tắt dần nhanh chóng. Nguồn phát siêu âm Nguồn phát siêu âm có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện xoay chiều 220V có tần số 50Hz – 60Hz thành dòng điện có tần số 15 kHz – 40 kHz. Mặc dù có thể tạo ra nhiều tần số khác nhau, nhƣng các tần số phổ biến nhất là 15, 20, 30 và 40 kHz. Bộ nguồn phát siêu âm có thể tạo ra nhiều loại tần số tùy mục đích sử dụng.
Do đó chúng ta phân loại bộ nguồn phát dựa trên đặc tính điều khiển là Analog và Digital. Analog: Không thể thay đổi tần số phát, hiển thị các thông số của bộ nguồn phát bằng đồng hồ cơ. Digital: Có thể thay đổi tần số phát siêu âm, hiển thị các thông số của bộ nguồn phát bằng màn hình LCD, LED, … 2. Bộ thanh rung Bao gồm hệ chuyển đổi, hệ khuếch đại, khuôn.
Hệ chuyển đổi (Converter): biến đổi tín hiệu điện từ bộ nguồn phát thành dao động cơ. Hệ khuếch đại (booster): điều chế biên độ của dao động cơ. Khuôn (horn/ sonotrode): truyền các dao động cơ để tạo hình hoặc hàn… Nhiệm vụ của bộ thanh rung đó là nhận tín hiệu điện từ bộ nguồn phát biến đổi nó thành dao động cơ.8: Thanh booster và converter 8 do an Hình 2.