(Đồ án hcmute) nghiên cứu, thiết kế máy đột lỗ siêu âm nhựa tấm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁY ÐỘT LỖ
SIÊU ÂM NHỰA TẤM

GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI
SVTH: NGUYỄN XUÂN DUY
BÙI TẤN MÌNH DƯỠNG
CAO CHU PHƯƠNG

S KL 0 0 4 7 8 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016

do an

MSSV: 12146030
MSSV: 12146033
MSSV: 12146141


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH


KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ
MÁY ĐỘT LỖ SIÊU ÂM NHỰA TẤM

Giảng viên hƣớng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

Ts NGUYỄN THANH HẢI
MSSV:
NGUYỄN XUÂN DUY
BÙI TẤN MINH DƢỠNG
CAO CHU PHƢƠNG

Lớp:

121461

Khoá:

2012 -2016

12146030
12146033
12146141

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2016
I

do an


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH


BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: “NGHIÊN

CỨU, THIẾT KẾ MÁY ĐỘT LỖ SIÊU ÂM
NHỰA TẤM”

Giảng viên hƣớng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

TS. NGUYỄN THANH HẢI
NGUYỄN XN DUY

Lớp:

BÙI TẤN MÌNH DƢỠNG
CAO CHU PHƢƠNG
121461A

Khố:

2012 - 2016

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2016

do an

12146030
12146033
12146141


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
Bộ mơn cơ điện tử

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Hải
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Duy
Bùi Tấn Mình Dƣỡng
Cao Chu Phƣơng
1.

12146030
12146033
12146141

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁY ĐỘT LỖ SIÊU ÂM NHỰA TẤM
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
 Hệ siêu âm 20kHz – 2kW
 Sản phẩm đột: Nhựa tấm, nhựa danpla, simili, mút xốp.
độ dày các sản phẩm đột lần lƣợt là: 1mm, 5mm, 0.1mm, 5mm.
 Đột biên dạng lỗ trịn có đƣờng kính 5mm
3. Nội dung chính của đồ án:
 Tìm hiểu sơ lƣợc về phƣơng pháp đột dập, chọn ra nguyên lý đột dập phù hợp.
 Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động, cấu tạo nguồn phát siêu âm 20kHz.
 Thiết kế, lắp ghép máy đột dập siêu âm, phù hợp với yêu cầu của khách hàng.
 Thiết kế một số các biên dạng chày cối đe đột.
 Đột mẫu của khách hàng.
4. Các sản phẩm dự kiến
 Máy đột siêu âm.
 Các mẫu đe.
 Các mẫu thử sản phẩm.
 Tập bảng vẽ.

I

do an


5. Ngày giao đồ án:……………………
6. Ngày nộp đồ án:…………………….

TRƢỞNG BỘ MÔN

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

TS.Nguyễn Thanh Hải

 Đƣợc phép bảo vệ …………………………………………
(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

II

do an


LỜI CAM KẾT
- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁY ĐỘT LỖ SIÊU ÂM NHỰA TẤM
- GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hải
- Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Xuân Duy

12146030

Bùi Tấn Mình Dƣỡng
12146033
Cao Chu Phƣơng
12146141
- Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 26/07/2016

- Lời cam kết: “Chúng tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng
trình do chính tơi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép từ bất kỳ
một bài viết nào đã được công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ
một sự vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng …. năm 20…..
Ký tên

Nguyễn Xuân Duy

Bùi Tấn Minh Dƣỡng

Cao Chu Phƣơng

III

do an


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhóm đã nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ, đóng
góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ, gia đình và bạn bè. Chúng em xin gửi lời
cảm ơn chân thành đến TS.Nguyễn Thanh Hải, giảng viên khoa cơ khí – Đại học Bách
Khoa Tp.HCM, ngƣời thầy đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình
thực hiện đồ án.
Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ
Thuật Tp.HCM nói chung và các thầy cơ bộ mơn Cơng nghệ kỹ thuật Cơ Điện Tử nói
riêng, đã truyền dạy cho chúng em kiến thức về các môn đại cƣơng và các mơn chun
ngành, giúp chúng em có đƣợc cơ sở, nền tảng lý thuyết vững vàng.
Cùng với đó chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các anh chị trong cơng
ty Vietsonic đã nhiệt tình hỗ trợ chúng em trong quá trình thực hiện đồ án tại cơng ty.

Sau cùng, chúng em xin kính chúc q Thầy Cơ trong Khoa Cơ khí máy và
TS.Nguyễn Thanh Hải thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao
đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau.
Trân trọng.

Nhóm sinh viên thực hiện

IV

do an


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁY ĐỘT LỖ SIÊU ÂM NHỰA TẤM
Công nghệ siêu âm đã đƣợc ứng dụng trong công nghiệp từ lâu ở các nƣớc phát
triển. Tuy nhiên, việc ứng dụng siêu âm vào công nghiệp tại Việt Nam còn chƣa phổ
biến. Các doanh nghiệp Việt Nam và các doanh nghiệp nƣớc ngoài tại Việt Nam muốn
chuyển đổi, nâng cấp thành cơng nghệ siêu âm cịn phải phụ thuộc vào các cơng ty nƣớc
ngồi. Trƣớc tình hình đó, nhóm nghiên cứu mong muốn tìm hiểu về cơng nghệ này để
có đƣợc kiến thức và nhận biết đƣợc các tác dụng của siêu âm. Ngoài ra, việc đƣợc thực
hiện đồ án với sự hỗ trợ của công ty cho nhóm thêm nhiều kiến thức thực tế và khả năng
giải quyết vấn đề.
Các vấn đề mà nhóm nghiên cứu trong đồ án này nhƣ sau:
 Tìm hiểu sơ lƣợc về công nghệ đột dập.
 Nghiên cứu và thiết kế hệ cơ khí của máy bằng phần mềm SOLIDWORKS.
 Tìm hiểu nguồn phát siêu âm 20kHz.
 Đột thử trên các mẫu nhựa khác nhau và đánh giá các tác động về thời gian, lực ép
lên mẫu.
Mặc dù chúng em đã có nhiều cố gắng tìm hiểu, học hỏi và sƣu tầm nhƣng do thời
gian có hạn, năng lực hạn chế nên đồ án của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót.

Vậy chúng em mong đƣợc sự đóng góp ý kiến chỉ đạo của các thầy cô để chúng em có
thể rút kinh nghiệm và học hỏi thêm cho cơng việc sau này.

Nhóm sinh viên thực hiện

V

do an


ABSTRACT
RESEARCH, DESIGN PUNCHING SHEET PLACTIC MACHINE
Ultrasonic technology has been applied in industry for decades in developing
countries. However the application of ultrasonic in Vietnam’s industry is not so popular.
Vietnam enterprises and foreign enterprises in Vietnam want to convert, upgrade to
ultrasonic technology have to depend on foreign companies. Under these circumstances,
we want to learn about this technology to acquire knowledge and become aware of the
ultrasonic effect. Moreover, the project is implemented with the support of the company
gives us more practical knowledge and ability to solve problems.
The problem that we researched in this project are as follows:
 Learn about Punching technology.
 Research and design of mechanical systems of the machine in SolidWorks
software.
 Learn about ultrasonic generator 20kHz.
 Testing on various plastic samples and evaluate the impact of time, the force
applied on the sample.
Although we have made great efforts to learn, study and collect, but due to time
constraints, the limited capacity so our project can not avoid the deficiency. We look
forward to your opinion and guidance so that we can learn from experiences and learn for
our future work.

VI

do an


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM KẾT .................................................................................................................. III
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................... IV
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ............................................................................................................. V
MỤC LỤC ........................................................................................................................VII
Chương 1 Giới thiệu .......................................................................................................... 1
1.1. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ................................................................................. 1
1.2. Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 1
1.2.1. Đối tƣợng nghiên cứu: ....................................................................................... 1
1.2.2. Phạm vi nghiên cứu: .......................................................................................... 1
1.3. Kết cấu của luận văn tốt nghiệp ............................................................................... 1
Chương 2 Tổng quan nghiên cứu đề tài ............................................................................ 2
2.1. Nghiên cứu về phƣơng pháp đột, dập ....................................................................... 2
2.1.1. Một số nguyên lý đột dập .................................................................................. 2
2.1.2. Kết cấu của cối .................................................................................................. 3
2.1.3. Kết cấu của chày ................................................................................................ 5
2.2. Siêu âm trong cơng nghiệp ....................................................................................... 6
2.2.1. Lý thuyết về sóng siêu âm ................................................................................. 6
2.2.2. Phân loại sóng siêu âm: ..................................................................................... 7
2.2.3. Nguồn phát siêu âm ........................................................................................... 8
2.2.4. Bộ thanh rung .................................................................................................... 8
2.3. Một số vật liệu có thể đột dập bằng siêu âm ............................................................ 9
2.3.1. Nhựa danpla ....................................................................................................... 9

2.3.2. Chất liệu tổng hợp khác ................................................................................... 11
2.3.3. Vải không dệt .................................................................................................. 11
2.4. Các sản phẩm của đột siêu âm ................................................................................ 13
2.4.1. Các sản phẩm của đột siêu âm ......................................................................... 13
2.4.2. Máy đột lổ có trên thị trƣờng ........................................................................... 16
2.5. Những vấn đề cần nghiên cứu của luận văn ........................................................... 21
Chương 3 Cơ sở lý thuyết ................................................................................................ 22
VII

do an


3.1. Lý thuyết về phƣơng pháp đột lỗ ............................................................................ 22
3.1.1. Phƣơng pháp đột, dập ...................................................................................... 22
3.1.2. Cơng thức tính tốn sơ bộ [5]: ......................................................................... 22
3.1.3. Kích thƣớc chày và cối [4]: ............................................................................. 22
3.2. Nguyên lý đột dập bằng xylanh khí nén ................................................................. 24
3.2.1. Khái niệm và phân loại xy lanh khí nén .......................................................... 24
3.2.2. Ví dụ Tính tốn lực để chọn xy lanh [12] ....................................................... 25
3.3. Lý thuyết về bộ nguồn phát siêu âm ....................................................................... 25
3.4. Modun chỉnh lƣu và lọc nhiễu ................................................................................ 26
3.4.1. Các dạng modun chỉnh lƣu [6]: ....................................................................... 26
3.4.2. Bộ lọc nhiễu [3] ............................................................................................... 29
3.4.3. Ổn áp nguồn .................................................................................................... 31
3.5. Modun tạo dao động [7] ......................................................................................... 34
3.5.1. Mạch dao động đa hài dùng tranzitor: ............................................................. 34
3.5.2. Mạch tạo xung vuông bằng ic 555 [9]: ............................................................ 35
3.5.3. Mạch dùng IC khuếch đại thuật toán (OpAmp): ............................................. 37
3.5.4. Mạch dao động dùng thạch anh [13]: .............................................................. 38
3.6. Modun công suất [8] ............................................................................................... 39

3.6.1. Khuếch đại công suất loại A:........................................................................... 40
3.6.2. Khuếch đại công suất loại AB: ........................................................................ 40
3.7. Modun hồi tiếp [14] ................................................................................................ 42
3.7.1. Giới thiệu ......................................................................................................... 42
3.7.2. Ƣu điểm và khuyết điểm của mạch hồi tiếp âm. ............................................. 44
3.7.3. Phân loại hồi tiếp ............................................................................................. 44
3.8. Modun cộng hƣởng : .............................................................................................. 47
Chương 4 Tính tốn và thiết kế ....................................................................................... 48
4.1. Tính tốn sơ bộ bộ nguồn phát siêu âm 20Khz [1] ................................................ 48
4.1.1. Chỉnh lƣu và lọc nhiễu .................................................................................... 48
4.1.2. Mạch khuếch đại công suất [1] ........................................................................ 50
4.1.3. Một số hình ảnh mạch thực tế ......................................................................... 52
4.2. Sơ đồ mạch tủ điều khiển ....................................................................................... 53
4.3. Tính tốn và bản vẽ thiết kế một số đe đột. ............................................................ 55
VIII

do an


4.3.1. Tính tốn và bản vẽ của đe đột theo yêu cầu công ty. ..................................... 55
4.3.2. Bản vẽ 1 số đe đột khác. .................................................................................. 57
4.3.3. Bản vẽ máy khung máy. .................................................................................. 61
Chương 5 Thực nghiệm và hình ảnh ............................................................................... 63
Chương 6 Kết luận và hạn chế......................................................................................... 74
6.1. Kết luận................................................................................................................... 74
6.2. Hạn chế ................................................................................................................... 74
6.3. Thông số máy ......................................................................................................... 75

IX

do an


Danh mục hình ảnh
trang
Hình 2.1: Cơ cấu tay quay con trƣợt ................................................................................... 2
Hình 2.2: Cơ cấu đột bằng xylanh ....................................................................................... 3
Hình 2.3: Hình dạng cối [5] ................................................................................................. 4
Hình 2.4: Hình dạng chày [5] .............................................................................................. 5
Hình 2.5: Ứng dụng siêu âm trong cơng nghiệp ................................................................. 6
Hình 2.6: Sóng dọc .............................................................................................................. 7
Hình 2.7: Sóng ngang .......................................................................................................... 7
Hình 2.8: Thanh booster và converter ................................................................................. 8
Hình 2.9: Khn .................................................................................................................. 9
Hình 2.10: Nhựa danpla....................................................................................................... 9
Hình 2.11: Hộp nhựa danpla.............................................................................................. 11
Hình 2.12: Vải khơng dệt .................................................................................................. 12
Hình 2.13: Túi vải khơng dệt ............................................................................................. 13
Hình 2.14: Dây đeo đồng hồ.............................................................................................. 13
Hình 2.15: Dây túi, vali, balo ............................................................................................ 13
Hình 2.16: Túi bột giặc ...................................................................................................... 14
Hình 2.17: Túi nylon ......................................................................................................... 14
Hình 2.18: Bửng xe ........................................................................................................... 15
Hình 2.19: Ốp lƣng điện thoại ........................................................................................... 15
Hình 2.20: Máy đột lỗ South Nekon ................................................................................. 16
Hình 2.21: Sản phẩm của máy dập cắt South Nekon ........................................................ 17
Hình 2.22: Máy đột lỗ khẩu trang Nekon .......................................................................... 18
Hình 2.23: Sản phẩm của máy đột lỗ khẩu trang Nekon ................................................... 19
Hình 2.24: Máy đột quai túi vải khơng dệt AoHeng ......................................................... 20
Hình 2.25: Sản phẩm dập quai của máy dập quai AoHeng ............................................... 21

Hình 3.1: Sơ đồ nguồn phát [2] ......................................................................................... 25
Hình 3.2: a) Sơ đồ chỉnh lƣu nửa chu kỳ; b) Đồ thị theo thời gian ................................... 26
Hình 3.3: a)Sơ đồ chỉnh lƣu cầu 1 pha; b) Đồ thị thời gian .............................................. 27
Hình 3.4:a) Mạch chỉnh lƣu một pha dùng SCR; b) Dạng điện áp ra trên tải thuần ......... 28
X

do an


Hình 3.5: a) Mạch chỉnh lƣu một pha dùng cầu SCR; b) Dạng điện áp ra trên tải RL ..... 28
Hình 3.6: Bộ lọc chỉ dùng tụ C .......................................................................................... 29
Hình 3.7: Bồ lọc LC .......................................................................................................... 30
Hình 3.8: Bộ lọc RC .......................................................................................................... 31
Hình 3.9: a) Đặc tính VA của diode zenner; b) Mạch ổn áp 1 chiều dùng diode zenner.. 32
Hình 3.10: Mạch ổn áp dùng IC ổn áp .............................................................................. 33
Hình 3.11: IC ổn áp họ LA78 ............................................................................................ 33
Hình 3.12: Mạch dao động đa hài bán kỳ đầu ................................................................... 34
Hình 3.13: Mạch dao động đa hài bán kỳ sau ................................................................... 35
Hình 3.14: Sơ đồ chân IC 555 ........................................................................................... 35
Hình 3.15: Mạch tạo xung 555 .......................................................................................... 36
Hình 3.16: a) Mạch tạo xung dùng OpAmp; b) Sơ đồ xung ra ......................................... 37
Hình 3.17: Q trình bão hịa âm ...................................................................................... 37
Hình 3.18: Q trình tạo xuất xung ................................................................................... 38
Hình 3.19:Phƣơng pháp điều chỉnh tần số cộng hƣởng riêng của thạch anh .................... 39
Hình 3.20: Bộ tạo dao động thạch anh điều khiển bẳng hồi tiếp nối tiếp ......................... 39
Hình 3.21: a) Mạch khuếch đại cơng suất loại A; b) Đồ thị tín hiệu ngõ vào, ra ............. 40
Hình 3.22: a) Mạch khuếch đại cơng suất loại AB; b) Đồ thị tín hiệu ngõ vào, ra ........... 40
Hình 3.23: a) Mạch khuếch đại cơng suất loại B; b) Đồ thị tín hiệu ngõ vào, ra .............. 41
Hình 3.24: Mạch Khuếch đại cơng suất amply ................................................................. 41
Hình 3.25: a) Mạch khuếch đại cơng suất loại C; b) Đồ thị tín hiệu ngõ ra...................... 42

Hình 3.26: Mạch phân cực hồi tiếp điện áp....................................................................... 43
Hình 3.27: Mạch đa hài tự kích ......................................................................................... 43
Hình 3.28: Sơ đồ khối hồi tiếp điện áp nối tiếp................................................................. 44
Hình 3.29: Sơ đồ khối mạch hồi tiếp dịng điện song song ............................................... 45
Hình 3.30: Sơ đồ khối mạch hồi tiếp dòng điện nối tiếp ................................................... 45
Hình 3.31: Sơ đồ khối mạch hồi tiếp điện áp song song ................................................... 46
Hình 3.32: Mạch nối tiếp RLC .......................................................................................... 47
Hình 3.33: Đƣờng cong cộng hƣởng đoạn mạch RLC nối tiếp......................................... 47
Hình 4.1: Mạch chỉnh lƣu cầu có tụ lọc ............................................................................ 48
Hình 4.2: Sơ đồ mạch nguồn 12V ..................................................................................... 49
Hình 4.3: Sơ đồ mạch khuếch đại push-pull ..................................................................... 50
XI

do an


Hình 4.4: Mạch khuếch đại push-pull ............................................................................... 52
Hình 4.5: Mạch tụ cộng hƣởng .......................................................................................... 52
Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển ........................................................................... 53
Hình 4.7: Hình ảnh tủ điều khiển ...................................................................................... 54
Hình 4.8: Bản vẽ cối .......................................................................................................... 55
Hình 4.9: Bản vẽ chày. ...................................................................................................... 56
Hình 4.10: Đe dƣới ............................................................................................................ 57
Hình 4.11: Đe trên, dùng để dập........................................................................................ 58
Hình 4.12: Đe trên, dùng để đột ........................................................................................ 59
Hình 4.13: Đe trên dùng để đột quai túi vải khơng dệt ..................................................... 60
Hình 4.14: Bản vẽ của máy đột đứng ................................................................................ 61
Hình 4.15: Mồ hình 3D...................................................................................................... 62
Hình 5.1: Hộp nhựa adapter .............................................................................................. 63
Hình 5.2: Ống nhựa cứng .................................................................................................. 63

Hình 5.3: Nắp thùng nhựa ................................................................................................. 64
Hình 5.4: Đột 2 vật liệu xếp lên nhau ................................................................................ 64
Hình 5.5: Đột tấm nhựa danpla cứng ................................................................................ 65
Hình 5.6: Đột Gioang amiang, a) mặt trên; b) mặt dƣới ................................................... 66
Hình 5.7: Mẫu nhựa danpla mềm, mặt trƣớc - sau ............................................................ 66
Hình 5.8: Lớp 1, vải simili ................................................................................................ 67
Hình 5.9: Lớp 2, Xốp mút foam PU .................................................................................. 67
Hình 5.10: Lớp 3, nhựa cứng 1mm ................................................................................... 68
Hình 5.11: Lớp 4, nhựa danpla cứng 5mm ........................................................................ 68
Hình 5.12: 4 lớp đƣợc xếp sát nhau ................................................................................... 69
Hình 5.13: Máy đột dập ..................................................................................................... 70
Hình 5.14: Khung đở trên .................................................................................................. 71
Hình 5.15: Nắp chắn hệ siêu âm ........................................................................................ 71
Hình 5.16: Đỡ đế gá........................................................................................................... 71
Hình 5.17: Đế gá ................................................................................................................ 72
Hình 5.18: Đỡ đe ............................................................................................................... 72
Hình 5.19: Đế và đỡ trục ................................................................................................... 72
Hình 5.20: Ti ben ............................................................................................................... 73
XII

do an


Hình 5.21: Xylanh ............................................................................................................. 73
Hình 5.22: Ổ bi trƣợt ......................................................................................................... 73
Hình 6.1: Máy Đột Lỗ Siêu Âm ........................................................................................ 75

XIII

do an

Danh mục bảng biểu
Trang
Bảng 2.1: Thông số tấm nhựa danpla ................................................................................ 10
Bảng 2.2: Thông số gioăng VALQUA 6602 ..................................................................... 11
Bảng 4.1: Thông số Transistor .......................................................................................... 51
Bảng 5.1: Bảng số liệu khi đột .......................................................................................... 69

XIV

do an


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 cơng nghiệp hóa- hiện đại hóa thế nhƣng
trong lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất các thiết bị siêu âm cơng suất cao ở nƣớc ta vẫn
cịn 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 cơng 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 cơng 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.
1.1. 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.

1.2. Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu
1.2.1. 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.
1.2.2. 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.
1.3. 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 tốn 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
2.1. 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
khơng khép kín và kim loại bị phá vỡ liên kết giữa các phần tử tại vùng cắt.
2.1.1. 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.
2.1.2. 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 phơi), tùy thuộc vào hình dạng kích thƣớc, u cầu độ chính xác,
dạng sản xuất và nhiều yếu tố khác.

3

do an


h

b

a

h

Dc

90.0°

c

d
Hình 2.3: 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 phơi tƣơng ứngg từ 0.5÷ 10mm. Góc cơn của
lỗ thốt 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 khơng 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 khơng cao. Cối có lỗ hình cơn trên tồn bộ chiều cao của cối
với góc cơn 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 cơn 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 thốt 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.

4

do an


2.1.3. 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

5-8

90.0°

d

a

b
d

b
1o

30o-1o

c

d

Hình 2.4: 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 kht 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 cơn với góc cơn 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 cơn ngƣợc với góc cơn Δ= 10 và có phần chóp nón ở mặt đầu của
chày (hình d).
2.2. Siêu âm trong cơng 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 cơng 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 cơng nghiệp
2.2.1. 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 mơi
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 mơi 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.
2.2.2. Phân loại sóng siêu âm:
Trên cơ sở của dạng dao động của các hạt trong mơi 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 cịn 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.

Hình 2.6: Sóng dọc
Sóng ngang:
Sóng ngang cịn 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 vng góc với phƣơng truyền sóng.

Hình 2.7: Sóng ngang
7

do an


Để cho sóng ngang lan truyền đƣợc thì liên kết giữa các hạt trong mơi 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.
2.2.3. Nguồn phát siêu âm
Nguồn phát siêu âm có nhiệm vụ chuyển đổi dịng điện xoay chiều 220V có tần số
50Hz – 60Hz thành dịng 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, …
2.2.4. 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.

Hình 2.8: Thanh booster và converter
8

do an