CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 Tìm hiểu về cán dao tiện: 1.1 Cán dao tiện dạng Insert: - Là loại cán dao tiện có phần cán dao và phần cắt gọt kim loại có thể tách ròi nhau, có thể thay thế lưỡi cắt, lưỡi cắt là những mảnh hợp kim (carbide) có các hình dạng khác nhau để phù hợp với mục đích cắt: Carbide là hợp kim cứng gồm kim loại và carbon Hình 1.1: Các cán dao tiện dạng insert Hình 1.2: Hình dạng các mảnh hợp kim gắn ở cán dao tiện dạng insert 1 Luan van 1.2 Cán dao tiện dạng Solid - Là loại cán dao có phần thân và phần lưỡi cắt nguyên khối, Ưu điểm của cán dao solid là có phần lưỡi cắt dễ dàng mài dũa, Sauk hi được định hình mà mài dũa săc, sẽ giữ được ưu thể trong thời gian dài. Chất liệu thường là thép gió (HSS) Hình 1.3: Các cán dao tiện dạng solid 1.3 Vật liệu: - Cán dao tiện cùng với lưỡi cắt sẽ gia công với nhiều loại chất lỏng cắt gốc nước và dầu, và nó phải có khả năng chống ăn mòn thích hợp cho môi trường này. Cán dao cũng phải có độ ổn định nhiệt tốt và hệ số giãn nở nhiệt tương đối nhỏ. Để có được khả năng chống ăn mòn mong muốn, cường độ cao, mô đun đàn hồi và hệ số giãn nở nhiệt với chi phí hợp lý, cán dao được làm từ thép không gỉ loại 403 martinsitic.
Thép không gỉ loại 403 được ủ có độ bền kéo khoảng 275 MPa, có thể tăng đáng kể bằng cách xử lý nhiệt. Vật liệu này có hệ số giãn nở nhiệt khoảng 10 × 10-6 / ºC và mô đun đàn hồi 200 GPa, đặc trưng của hầu hết các loại thép. Công nghệ tiện có dao động hỗ trợ 1.4 Công nghệ tiện có dao động hỗ trợ: - Hiện nay, gia công cắt gọt có trợ giúp của siêu âm đã được áp dụng cho hầu hết các phương pháp cắt gọt truyền thống, chẳng hạn phay (Ultrasonic Assisted Milling), tiện (Ultrasonic Assisted Turning), mài (Ultrasonic Assisted Grinding), khoan (Ultrasonic Assisted Drilling), ta-rô ren (Ultrasonic Vibration Assisted Tapping) v. Ngoài ra, siêu âm còn được tích hợp vào một số phương pháp gia công tiên tiến (Ultrasonic Vibration Assisted Non-Conventional Machining) như gia công bằng tia lửa điện và gia công bằng lazer có trợ giúp của siêu âm.
Công nghệ tiện có dao động hỗ trợ là một phương pháp gia công mà ở đó, rung động cưỡng bức có tần số cao, biên độ rất nhỏ (tính bằng micromet) được bổ sung vào chuyển động tương đối giữa dụng cụ và chi tiết trong quá trình gia công. Lưỡi dao 2 Luan van hoặc phôi sẽ thực hiện dao động theo một hay nhiều phương so với phương của vận tốc cắt. Sự kết hợp giữa chuyển động rung cưỡng bức này với chuyển động cắt làm cho sự tiếp xúc giữa lưỡi cắt và phôi thay đổi theo chu kỳ. Điều này dẫn đến sự thay đổi tương tác ma sát trong vùng tiếp xúc giữa dụng cụ, chi tiết gia công và phoi, do đó có thể làm giảm lực cắt, cải thiện chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công, nâng cao năng suất và tuổi bền dụng cụ.5 Nguồn dao động: - Nguồn dao động tự nhiên: Trong quá trình cắt gọt luôn xảy ra các rung động.
Hiện tượng này xảy ra trên toàn bộ hệ thống công nghệ: dao cắt, mũi cắt, đồ gá, chi tiết gia công…. Các nguyên nhân gây ra rung động: – Do độ cứng vững của hệ thống công nghệ – Do thành phần của vật liệu, chi tiết gia công không đồng đều. – Do lượng dư gia công không đồng đều hoặc do rung động từ các bộ phận máy móc khác truyền tới…. Tác hại , ảnh hưởng của sự rung động: – Rung động làm cho chất lượng bề mặt gia công xấu.
– Giảm tuổi thọ của dao cắt, mũi khoan – Giảm tuổi thọ trung bình của vòng đời máy Khắc phục rung động bằng những biện pháp cụ thể sau: Để có thể khắc phục tốt hiện tượng rung động thì trước hết cần phải tìm hiểu rõ nguyên nhân gây nên những rung động đó để có được biện pháp loại trù nó tốt nhất. – Làm móng cục bộ cho những máy gây ra rung động lớn trong quá trình gia công – Cân bằng động các chi tiết, bộ phận của máy – Cân bằng, cố định chi tiết khi gá nó trên bàn máy, mâm cặp – Tăng độ cứng vững của hệ thống công nghệ: tăng khối lượng thân máy, tăng độ cứng vững của đồ gá, gá dao, thu gọn chi tiết.6 Nguồn dao động cưỡng bức: Động cơ PZT (piezoelectric) Là loại động cơ điện hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện, trong đó khi có điện trường đặt lên khối vật liệu áp điện sẽ làm thay đổi hình dạng của khối đó, tạo ra cơ năng. Ưu điểm của động cơ áp điện là kích thước nhỏ, có tỷ số công suất trên khối lượng rất cao,, hoạt động không cần từ trường, và làm việc được trong chân không. Nó được ứng dụng trong các thiết bị điện tử thông dụng và trong nghiên cứu vũ trụ.
3 Luan van Hình 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngoài nước: 1.1 Ngoài nước: - Kiểm soát phoi là một trong những vấn đề cần giải quyết trong việc sử dụng máy tiện tự động nhỏ được sử dụng trong sản xuất phụ tùng ô tô và gia công chính xác nhỏ các bộ phận trong sản xuất thiết bị y tế và thiết bị OA. Nếu phoi không được sản xuất hoặc xử lý tốt, chúng có thể bị vướng và dẫn đến giảm tuổi thọ công cụ, bề mặt sản phẩm bị hỏng và thậm chí là hỏng máy. Nói cách khác, kiểm soát phoi là yếu tố ưu tiên để cải thiện tuổi thọ công cụ. Điều này lần lượt thúc đẩy mức chất lượng ổn định và để tối ưu hóa hiệu quả gia công, nên sử dụng chất làm mát áp suất cao để phá vỡ phoi trực tiếp và chèn với bộ phận bẻ phoi phù hợp.
một cách tiếp cận hoàn toàn mới để kiểm soát phoi với công nghệ cắt rung tần số thấp. Vào mùa thu 2013, Citizen đã thu hút sự chú ý cả trong và ngoài nước bằng cách giới thiệu một máy kết hợp công nghệ này. Yoshimitsu Oita thuộc Phòng kinh doanh vật liệu Mitsubishi và Akira Sato của Phòng phát triển vật liệu Mitsubishi đã đến thăm Takaichi Nakaya và Kazuhiko Sannomiya tại Phòng phát triển máy móc công dân để phỏng vấn họ về khái niệm và tương lai của công nghệ cắt rung tần số thấp.2 Trong nước: - Ở Việt Nam hiện nay, ứng dụng của siêu âm công suất cao đã được giới thiệu và thương mại hóa thông qua nhập khẩu các thiết bị từ nước ngoài trong một số lĩnh vực như hàn siêu âm (Ultrasonic Welding), siêu âm làm sạch (Ultrasonic 3 Cleaning) v. Hướng nghiên cứu chế tạo vật liệu áp điện nhằm sản xuất các bộ chuyển đổi siêu âm 4 Luan van cũng mới được triển khai những năm gần đây tại một số trường Đại học.
Tuy nhiên, ứng dụng của siêu âm trong gia công cơ khí vẫn chưa được cập nhật, công bố khoa học về kỹ thuật ứng dụng rung động siêu âm trợ giúp gia công chưa thấy xuất hiện trong nước.3 Tính cấp thiết của đề tài Việc gia công các vật liệu mới được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ, quốc phòng, hàng không, y tế và điện tử, sở hữu khả năng chống mòn, độ bền cao ở nhiệt độ cao, khả năng chống suy thoái hóa học tạo ra những thách thức lớn cho các nhà nghiên cứu. Cuộc cách mạng công nghiệp đã được bắt đầu và chuyển sang các quy trình sản xuất mới, từ sản xuất thủ công đến quy trình gia công. Để giảm chi phí sản xuất và bảo vệ môi trường, một số kỹ thuật được sử dụng. Trong khi bôi trơn đóng một vai trò quan trọng trong các thông số thay đổi, chẳng hạn như tuổi thọ dao, nhiệt độ cắt, hoàn thiện bề mặt, hình thành phoi và lực cắt.
Tiện ích siêu âm (UAT) đã được giới thiệu. Trong kỹ thuật này, rung động được kết hợp với quy trình tiện thông thường để đạt được lợi thế kết hợp của cả hai kỹ thuật trong quy trình gia công. Hệ thống điều khiển UAT được phát triển bằng cách sử dụng bộ tạo chức năng để tạo ra tần số yêu cầu và điện áp đầu ra được kết nối trực tiếp với bộ truyền động áp điện. Trong khi bộ truyền động áp điện PZT là thiết bị chính được sử dụng để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng rung, trong đó rung động truyền đến đầu cắt và thực hiện trong năng lượng cơ học để loại bỏ vật liệu không mong muốn và tạo ra kích thước chính xác của vật liệu làm việc.
Đặc tính của quy trình gia công này về mặt lý thuyết có khả năng giảm hao mòn dụng cụ, lực cắt và dựa trên phân tích thử nghiệm hiện tại đã cho thấy sự cải thiện đáng kể về hoàn thiện bề mặt và giảm hao mòn công cụ. Tiện có dao động hỗ trợ phá vỡ phoi thành những mảnh nhỏ và xả chúng trong quá trình hoạt động. Điều này giải quyết tất cả các vấn đề gây ra bởi phoi vướng víu trong quá trình gia công vật liệu khó cắt và khoan lỗ sâu.4 Mục tiêu đề tài, đối tượng nghiên cứu 1.1 Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu, thiết kế cán dao tiện có dao động hỗ trợ. Phân tích, mô phỏng cán dao tiện bằng phần mềm Moldex 3D Thí nghiệm thực tế quá trình tiện.
So sánh với phương pháp tiện truyền thống, tổng kết kết quả.2 Đối tượng nghiên cứu Cán dao tiện Khớp nối mềm Phương pháp mô phỏng độ cứng của khớp mềm.5 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu 1. Cách tiếp cận Sử dụng phương pháp định lượng trong quá trình tính toán, phân tích mô phỏng kết hợp với thực nghiệm nhằm kiểm chứng kết quả. Phương pháp nghiên cứu a. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu: Thu thập, phân tích và biên dịch tài liệu liên quan tới công nghệ tiện có dao động hỗ trợ,đảm bảo tính đa dạng, đa chiều và tận dụng được các kết quả của các nghiên cứu mới nhất, phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài b.
Phương pháp phân tích mô phỏng: Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu các lý thuyết về phần mềm mô phỏng Ansys Mô phỏng: tiến hành các mô phỏng liên quan đến thiết kế của đề tài. Dựa trên các kết quả về mô phỏng trên phần mềm Ansys Workbench về các yếu tố: + Độ biến dạng của cán dao + Độ cứng của cán dao theo phương X và phương Z. Từ đó làm sang tỏ lý thuyết và kết quả có tính thuyết phục cao.