Nghiên cứu thiết kế và tối ưu hóa mô hình khoan với rung động và cơ cấu đàn hồi tại HCMUTE

• Tác giả: Nguyễn Thái Minh Phương
• Người hướng dẫn: Ts. Đặng Quang Khoa
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Tối Ưu Hóa Mô Hình Khoan Với Rung Động Và Cơ Cấu Đàn Hồi
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Ứng dụng của gia công có hỗ trợ dao động
• 1.2.1. Tiện có hỗ trợ dao động (Vibration-Assisted Turning – VAT)
• 1.2.2. Mài có hỗ trợ dao động (Vibration-Assisted Grinding – VAG)
• 1.2.3. Phay có hỗ trợ dao động (Vibration-Assisted Milling)
• 1.3. Tổng quan tình hình nghiên trong và ngoài nước về đề tài
• 1.4. Tính cấp thiết
• 1.5. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
• 1.5.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.5.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Kế hoạch thực hiện
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Gia công có dao động hỗ trợ
• 2.1.1. Gia công có dao động hỗ trợ là gì?
• 2.1.2. Nguyên lý hoạt động và các hệ thống cắt
• 2.1.3. Những lợi ích của gia công có dao động hỗ trợ
• 2.2. Nguồn tạo dao động
• 2.2.1. Công nghệ Piezo
• 2.2.2. Cấu tạo chung của nguồn dao động
• 2.2.2.1. Đặc điểm của PZT
• 2.2.2.2. Cấu tạo của PZT
• 2.2.2.3. Nguyên lý chung của nguồn tạo dao động
• 2.2.2.4. Các lưu ý khi lắp PZT
• 2.2.2.5. Xác định thông số vận hành cho PZT
• 2.2.2.6. Tính toán ảnh hưởng của khối lượng
• 2.2.2.7. Tần số vận hành lớn nhất của PZT
• 2.2.3. Tần số dao động tự nhiên
• 2.3. Khớp nối mềm
• 2.3.1. Khớp nối mềm là gì?
• 2.3.2. Các loại khớp nối mềm
• 2.3.2.1. Khớp nối mềm hình bán nguyệt
• 2.3.2.2. Khớp nối mềm hình elip
• 2.3.2.3. Khớp nối mềm bo góc (fillet)
• 2.3.2.4. Khớp nối mềm hình parabol
• 2.3.2.5. Khớp nối mềm hình hyperbol
• 2.3.3. Phân tích và lựa chọn các loại khớp nối mềm
• 2.5. Phương pháp tối ưu hóa thiết kế
• 2.5.1. Design of experiment (DOE)
• 2.5.1.1. Response surface methodology là gì?
• 2.5.1.2. Nguyên lý hoạt động của response surface methodology trong tối ưu hóa
• 2.5.1.3. Design Of Experiment trong ANSYS Workbench
• 2.5.1.3.1. Central Composite Design (CCD)
• 2.5.1.3.2. Box – Behnken Design
• 2.5.1.3.5. Sparse Grid Initialization
• 2.5.1.3.6. Latin Hypercube Sampling Design
• 2.5.1.3.7. Optimal Space-Filling Design
• 2.5.1.4. Response Surface Methodology in ANSYS Workbench
• 2.5.1.4.2. Standard Response Surface – Full 2nd Order Polynomials
• 2.5.1.4.4. Non-Parametric Regression
• 2.5.1.5. Optimization trong ANSYS
• 2.5.1.6. Các thông số đầu ra cần lưu ý
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH
• 3.1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị
• 3.2. Chọn vật liệu
• 3.3. Phương án thiết kế bàn gá phôi
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỐI ƯU MÔ HÌNH
• 4.1. Các modul phân tích trong Ansys Workbench
• 4.2. Harmonic Response Analysis (phân tích đáp ứng điều hòa)
• 4.2.1. Hiện tượng phá hủy do mỏi
• 4.2.2. Mục đích của việc phân tích độ bền mỏi
• 4.2.3. Sự phá hủy mỏi của vật liệu
• 4.2.3.1. Độ phá hủy do mỏi (Damage)
• 4.2.3.2. Yếu tố an toàn (Safety Factor)
• 4.2.3.3. Chỉ số đa trục (Biaxial Indication)
• 4.3. Phân tích động học bàn máy
• 4.3.1. Chia lưới trong Ansys Workbench
• 4.3.2. Phân tích dạng dao động
• 4.3.2.1. Điều kiện biên
• 4.3.3. Phân tích đáp ứng điều hòa (Harmonic Response Analysis)
• 4.3.3.1. Điều kiện biên
• 4.3.4. Phân tích phá hủy (Fatigue)
• 4.3.4.1. Điều kiện biên
• 4.4. Phân tích lựa chọn phương án
• 4.5. Tối ưu hóa mô hình
• 4.5.1. Đặt biến đầu vào
• 4.5.2. Quá trình tối ưu
• 4.6. Nhận xét và kết luận
• 5. CHƯƠNG 5: GIA CÔNG MÔ HÌNH
• 5.1. Gia công bàn máy
• 5.2. Các chi tiết khác
• 5.3. Mô hình hoàn chỉnh
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
• 6.1. Đề xuất kiến nghị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tối ưu hóa mô hình khoan tại HCMUTE

Công trình nghiên cứu tại HCMUTE tập trung vào tối ưu hóa mô hình khoan bằng cách kết hợp rung động và cơ cấu đàn hồi. Mục tiêu chính là nâng cao hiệu quả khoan, giảm hao mòn dụng cụ và cải thiện chất lượng bề mặt gia công. Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn cao, đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp hiện đại đòi hỏi độ chính xác và hiệu suất cao. Nghiên cứu khoan HCMUTE ứng dụng các phương pháp hiện đại như mô hình phần tử hữu hạn để phân tích và tối ưu hóa thiết kế. Công nghệ khoan hiện đại được xem xét để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả kinh tế.

1.1 Mô hình khoan rung động

Phần này tập trung vào mô hình khoan rung động. Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của rung động trong khoan đến các thông số kỹ thuật như lực cắt, tốc độ khoan, và chất lượng bề mặt. Các phân tích rung động khoan được thực hiện bằng phần mềm mô phỏng chuyên dụng. Giảm rung động khoan là một trong những mục tiêu quan trọng, nhằm tăng độ bền của dụng cụ và giảm tiếng ồn. Tối ưu hóa rung động được thực hiện bằng cách điều chỉnh các thông số như tần số và biên độ rung. Phân tích dữ liệu khoan cho thấy sự cải thiện rõ rệt về hiệu quả khoan khi áp dụng rung động phù hợp. Kiểm soát rung động khoan là yếu tố then chốt để đạt được kết quả tối ưu. Mô hình toán học khoan được xây dựng để mô tả chính xác quá trình khoan với rung động.

1.2 Cơ cấu đàn hồi trong khoan

Phần này tập trung vào vai trò của cơ cấu đàn hồi trong khoan. Cơ cấu đàn hồi được thiết kế để hấp thụ một phần năng lượng rung động, giảm tác động tiêu cực lên dụng cụ và phôi gia công. Tối ưu hóa cơ cấu đàn hồi nhằm đạt được sự cân bằng giữa khả năng hấp thụ rung động và độ cứng cần thiết cho quá trình khoan. Phân tích cơ cấu đàn hồi được thực hiện thông qua mô hình phần tử hữu hạn. Vật liệu khoan cũng là một yếu tố quan trọng cần được xem xét trong việc thiết kế cơ cấu đàn hồi. Thiết kế khoan tối ưu giúp giảm thiểu tiếng ồn khoan và nâng cao độ bền của hệ thống. Việc lựa chọn vật liệu khoan phù hợp ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của cơ cấu đàn hồi. Giải pháp khoan được đề xuất dựa trên kết quả phân tích và tối ưu hóa.

1.3 Tối ưu hóa tham số và hiệu suất khoan

Nghiên cứu tập trung vào tối ưu hóa tham số khoan, bao gồm tốc độ quay, lực ép, và các thông số liên quan đến rung động và cơ cấu đàn hồi. Tối ưu hóa hiệu suất khoan được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu như tốc độ khoan, độ chính xác, và tuổi thọ dụng cụ. Thuật toán tối ưu hóa khoan được sử dụng để tìm ra tập hợp các thông số tối ưu. Tăng hiệu quả khoan là mục tiêu chính của nghiên cứu. Mô phỏng mô hình khoan giúp tiết kiệm thời gian và chi phí thử nghiệm thực tế. Giảm tiếng ồn khoan và tăng năng lượng khoan cũng được xem xét trong quá trình tối ưu hóa. Hệ thống máy tối ưu hóa khoan hỗ trợ việc thực hiện quá trình tối ưu hóa một cách hiệu quả. Phân tích dữ liệu khoan là công cụ quan trọng để đánh giá hiệu quả của quá trình tối ưu hóa.

1.4 Ứng dụng và kết luận

Công trình nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, cung cấp giải pháp khoan hiệu quả cho ngành công nghiệp. Ứng dụng khoan trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ sản xuất cơ khí đến chế tạo chính xác. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng tăng hiệu quả khoan, giảm hao mòn dụng cụ và cải thiện chất lượng bề mặt. Xu hướng công nghệ khoan hiện đại được tích hợp trong nghiên cứu. An toàn khoan được đảm bảo thông qua việc tối ưu hóa các thông số vận hành. Cộng nghệ khoan HCMUTE thể hiện sự nỗ lực trong việc phát triển công nghệ khoan tiên tiến. Nghiên cứu đóng góp vào việc phát triển công nghệ chế tạo máy trong nước.