Đề tài thiết kế và chế tạo cán dao tiện có dao động hỗ trợ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠOSK C 0 0 3 9 C5 9 ÁN DAO TIỆN

CÓ DAO ĐỘNG HỖ TRỢ

MÃ SỐ: SV2020-107

S KC 0 0 7 4 0 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2020

Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O
TR¯àNG ĐH S¯ PH¾M KĀ THU¾T TPHCM

BÁO CÁO TèNG KÀT
ĐÂ TÀI NGHIÊN CĆU KHOA HàC CĄA SINH VIÊN

THIÀT KÀ VÀ CHÀ T¾O CÁN DAO TIàN CĨ DAO ĐìNG Hê TRĀ
Mã så đà tài: SV2020-107

Chą nhiám đà tài: TS. HOÀNG TRUNG KIÊN

I

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2020

Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O
TR¯àNG ĐH S¯ PH¾M KĀ THU¾T TPHCM

BÁO CÁO TèNG KÀT
ĐÂ TÀI NGHIÊN CĆU KHOA HàC CĄA SINH VIÊN

THIÀT KÀ VÀ CHÀ T¾O CÁN DAO TIàN CĨ DAO ĐìNG Hê TRĀ

Mã så đà tài: SV2020-107

Thuác nhóm ngành khoa học: Khoa Học Ąng Dāng
Lê Hoàng Anh Khoa Nam
SV thực hián: Nam, Nữ: Nam
Nam
Trần Trí Nhân
VIàT
Dân tác: Kinh Trần Hoàng Khang

Lãp, khoa: 16144CL2-Khoa đào t¿o chất l°ÿng cao
Số năm đào t¿o: 4
Năm thą: 4

Ngành học: CNKT C¡ Khí

Sinh viên chịu trách nhiám đề tài: Lê Hồng Anh Khoa NAM
Ng°ßi h°ãng dẫn: TS. HCÀNNGGHTỊRAUNXGà KHIàÊINCHĂ NGH)A

Đác lập – Tự do – H¿nh phúc
----***----

Tp. Hồ Chí Minh, ngày--- tháng--- năm 2014

NHIàM VĂ Đæ ÁN TäT NGHIà

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2020

II

MĂC LĂC

DANH MĂC TĈ VIÀT TÀT...............................................................................VI
MĂC LĂC............................................................................................................VII
DANH MĂC CÁC HÌNH ÀNH............................................................................X

CH¯¡NG 1 : TèNG QUAN..................................................................................1
1. GIâI THIàU .........................................................................................................1
1.1 Tìm hiểu về cán dao tián: ....................................................................................1

1.1.1 Cán dao tián d¿ng Insert: ............................................................................. 1
1.1.2 Cán dao tián d¿ng Solid ............................................................................... 2
1.1.3 Vật liáu:........................................................................................................ 2
1.1.4 Công nghá tián có dao đáng hß trÿ:............................................................. 2
1.1.5 Nguồn dao đáng:.......................................................................................... 3
1.1.6 Nguồn dao đáng c°ỡng bąc:........................................................................ 3
1.2 Tổng quan tình hình nghiên cąu thuác l*nh vực căa đề tài á trong và ngoài
n°ãc: .........................................................................................................................4
1.2.1 Ngoài n°ãc: ................................................................................................. 4
1.2.2 Trong n°ãc: ................................................................................................. 4
1.3 Tính cấp thiết căa đề tài ......................................................................................5

1.4 Māc tiêu đề tài, đối t°ÿng nghiên cąu ................................................................5
1.4.1 Māc tiêu đề tài: ............................................................................................ 5
1.4.2 Đối t°ÿng nghiên cąu .................................................................................. 5
1.5 Cách tiếp cận, ph°¡ng pháp nghiên cąu .............................................................6
1.5.1. Cách tiếp cận............................................................................................... 6
1.5.2. Ph°¡ng pháp nghiên cąu ............................................................................ 6
1.6 Kế ho¿ch thực hián..............................................................................................6
CH¯¡NG 2. C¡ SÞ LÝ THUT Q TRÌNH TIàN CĨ DAO ĐìNG Hê
TRĀ. .........................................................................................................................7
2.1 Giãi thiáu chung:.................................................................................................7
2.1.1Những °u điểm v°ÿt trái: ............................................................................. 8
2.1.2 Kết luận........................................................................................................ 8
2.2 Công nghá cắt rung siêu âm (UCV)....................................................................8

III

2.3 Ph°¡ng pháp cắt tích hÿp siêu âm kiểu truyền thống (CUVC) ..........................9
2.4 Ph°¡ng pháp cắt tích hÿp rung siêu âm kiểu elip (UEVC) ..............................10
2.5 Công nghá rung đáng trÿ giúp gia công (VAM)...............................................10
2.6 So sánh giữa các ph°¡ng pháp..........................................................................11
2.7 Nguyên tắc khai thác rung siêu âm và ąng dāng hiáu ąng áp đián ..................12

2.7.1 Các tính tốn c¡ bản về các c¡ cấu PZT.................................................... 13
2.7.2 Các c¡ cấu PZT vãi đá bền thấp................................................................ 14
2.8 Khái niám về khãp nối mềm:............................................................................17
2.8.1 Khãp mềm là gì?........................................................................................ 17
2.8.2 C¡ chế uốn hình bình hành: ....................................................................... 17
2.8.3 Nguyên lý ho¿t đáng khãp mềm: .............................................................. 20
2.8.4 Mơ hình c¡ khí........................................................................................... 20
2.9 Khái niám về đá chính xác khi gia cơng ...........................................................29

2.9.1 Khái niám................................................................................................... 29
CH¯¡NG 3: PH¯¡NG PHÁP MÔ PHâNG VÀ THÍ NGHIàM ..................32
3.1 Yêu cầu căa đề tài: ............................................................................................32
3.2 Giải pháp thực hián: ..........................................................................................32
CH¯¡NG 4. TÍNH TỐN, THIÀT KÀ SÀN PHÀM .......................................34
4.1. Ph°¡ng án thiết kế khãp nối mềm cho cán dao: ..............................................34
4.1.1 Dữ liáu ban đầu .......................................................................................... 34
4.1.2 C¡ sá lí thuyết tính tốn đá cąng vững căa cán dao: ................................ 34
4.1.3 Chọn mãnh dao tián hÿp kim phù hÿp: ..................................................... 35
4.1.4 Tính tốn chế đá cắt phù hÿp: ................................................................... 36
4.1.5 Tính tốn lực cắt: ....................................................................................... 37
4.2. C¡ sá cơng thąc tính tốn khãp mềm: .............................................................39
4.3 Áp dāng tính tốn khãp mềm vào cán dao .......................................................40
CH¯¡NG 5: MƠ PHâNG...................................................................................43
5.1 Giãi thiáu phần mềm:........................................................................................45
5.2 Phân tích biến d¿ng trên phần mềm: .................................................................45
5.2.1 Mơ phỏng, phân tích biến d¿ng cán dao không khãp mềm:...................... 46
5.2.1.1 Dữ liáu đầu vào: ..........................................................................................46

IV

5.2.2 Mơ phỏng, phân tích biến d¿ng cán dao có khãp nối mềm:...................... 53
5.2.2.1 Dữ liáu đầu vào: ...............................................................................53
5.2.2.2 Dữ liáu đầu ra:..................................................................................60

5.3 So sánh kết quả mô phỏng: ........................................................................... 62
5.4 Nhận xét: ...........................................................................................................62
Ch°¢ng 6: THIÀT KÀ MƠ HÌNH THÍ NGHIàM ............................................64
6.1.Giãi thiáu các bá phận PZT: .............................................................................64

6.1.1.Bá khuếch đ¿i nguồn đián: ........................................................................ 64
6.1.2.Bá điều khiển: ............................................................................................ 64
6.1.3 Bá chuyển đổi siêu âm:.............................................................................. 65
6.2Thiết kế đồ gá cho bá phận t¿o rung đáng siêu âm: ..........................................66
6.2.1Đo kích th°ãc đồ gá dao trên máy tián....................................................... 66
6.2.2.Mô phỏng lắp ráp bằng phần mềm Inventor: ............................................ 67
6.2.3.Bản vẽ chi tiết : .......................................................................................... 67
6.3.Tiến hành thí nghiám: .......................................................................................68
6.3.1Chuẩn bị dāng cā thí nghiám:..................................................................... 68
6.3.2.Lắp đặt mơ hình thí nghiám: ..................................................................... 69
6.3.3.Quy trình thí nghiám:................................................................................. 70
6.4.Kết quả thớ nghiỏm:...........................................................................................71
ChÂng 7: KT LUắN.........................................................................................77
7.1 Kt qu t c: ..............................................................................................77
7.2 Ý ngh*a thực tißn ...............................................................................................77
7.3 H°ãng phát triển căa đề tài: ..............................................................................77

V

PZT: Piezoelectric DANH MĂC TĈ VIÀT TÀT

UAT: Ultrasonic Assisted Turning

UVC: Ultrasonic Vibration Cutting

EDM: Electrical Discharge Machining

CUVC: Conventional Ultrasonic Vibration Cutting

VAM: Vibration Assisted Machining

CAE: Computer- Aided Engineering

VI

Hình DANH MĂC HÌNH insert
Hình 1.1: Các cán dao tián d¿ng insert
Hình 1.2: Hình d¿ng các mảnh hÿp kim gắn á cán dao tián d¿ng
Hình 1.3: Các cán dao tián d¿ng solid
Hình 1.4: Các lo¿i PZT
Hình 2.1: Mơ hình rung đáng căa há thống
2.2 : Mơ hình cắt theo kiểu elip
BÁng 1.1. So sánh giữa các ph°¡ng pháp gia cơng
Hình 2.3: Hiáu ąng áp đián
Hình 2.4: Hiáu ąng áp đián thuận và nghịch
Hình 2.5: Quan há giữa lực cản và hành trình
Hình 2.6: PZT d¿ng miếng đ¡n
Hình 2.8.1: C¡ chế uốn hình bình hành
Hình 2.8.2: Góc nhìn khác căa c¡ chế uốn
Hình 2.8.2: Đá uốn căa dầm
Hình 2.8.4 (a) Kiểu khãp hình vng
Hình 2.8.4 (b) Kiểu khãp hình cầu
Hình 2.8.5: Tham số căa khãp mềm
Hình 5.1: Khái đáng Ansys
Hình 5.2: Khái đáng moldul
Hình 5.3: Vật liáu mũi dao và cán dao
Hình 5.4: Biên d¿ng hình học
Hình 5.5: Các kích th°ãc
Hình 5.6: Mặt phăng liên kết.
Hình 5.7: Ph°¡ng căa lực.
Hình 5.8: Mặt phẳng đ°ÿc hß trÿ cố định

Hình 5.9: Mặt phăng liên kết.
Hình 5.10: Ph°¡ng căa lực.
Hình 5.11: Mặt phẳng đ°ÿc hß trÿ cố định
Hình 5.12: L°ãi trên chi tiết
Hình 5.13: Biến d¿ng tồn phần khi chịu lực theo ph°¡ng X
Hình 5.14: Biến d¿ng toàn phần khi chịu lực theo ph°¡ng Z
Hình 5.15: Các điểm xét biến d¿ng theo ph°¡ng Z
Hình 5.16: Biến d¿ng theo ph°¡ng Z căa điểm A
Hình 5.17: Biến d¿ng theo ph°¡ng Z căa điểm B
Hình 5.18: Biến d¿ng theo ph°¡ng Z căa điểm C
Hình 5.19: Vật liáu mũi dao và cán dao
Hình 5.20: Biên d¿ng hình học
Hình 5.21: Các kích th°ãc
Hình 5.22: Mặt phăng liên kết.
Hình 5.23: Ph°¡ng căa lực.
Hình 5.24: Mặt phẳng đ°ÿc hß trÿ cố định
Hình 5.25: L°ãi trên chi tiết

VII

Hình 5.26: Mặt phăng liên kết.
Hình 5.27: Ph°¡ng căa lực.
Hình 5.28: Mặt phẳng đ°ÿc hß trÿ cố định
Hình 5.29: L°ãi trên chi tiết
Hình 5.30: Biến d¿ng tồn phần khi chịu lực theo ph°¡ng X
Hình 5.31: Biến d¿ng tồn phần khi chịu lực theo ph°¡ng Z
Hình 5.32: Các điểm xét biến d¿ng theo ph°¡ng Z
Hình 5.33: Biến d¿ng theo ph°¡ng Z căa điểm A
Hình 5.34: Biến d¿ng theo ph°¡ng Z căa điểm B
Hình 5.35: Biến d¿ng theo ph°¡ng Z căa điểm C

Hình 6.1: HVPZT-POWER-AMPLIFIER
Hình 6.2: Bá điều khiển rung đáng
Hình 6.3: Đầu phát rung đáng siêu âm
Hình 6.4: Đo đế gá trên máy tián
Hình 6.5: Mơ phỏng gá đặt mơ hình
Hình 6.6: Bản vẽ đầu phát dao đáng PZT
Hình 6.7: Dāng cā thí nghiám
Hình 6.8: Gá đặt hồn tất các chi tiết
Hình 6.10: Tián vãi đián áp 2V
BÁng 6.3: Thơng số tián khơng có dao đáng
BÁng 6.4: Thơng số tián khi có dao đáng hß trÿ
Hình 6.11: Phơi khi gia cơng khơng có dao đáng
Hình 6.12: Phơi khi gia cơng có dao đáng
Hình 6.13: Phoi khi gia cơng khơng có dao đáng hß trÿ
Hình 6.14. Phoi khi gia cơng á tần số 1kHz
Hình 6.15. Phoi khi gia cơng á tần số 1,5kHz
Hình 6.16. Phoi khi gia cơng á tần số 2kHz

VIII

Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O
TR¯àNG ĐH S¯ PH¾M KĀ THU¾T TPHCM

THÔNG TIN KÀT QUÀ NGHIÊN CĆU CĄA ĐÂ TÀI
1. Thông tin chung:

- Tên đề tài: ThiÁt kÁ và chÁ t¿o cán dao tián có dao đíng hë trā

- Chă nhiám đề tài: Lê Hồng Anh Khoa Mã số SV:16144076

- Lãp: 161440CL2 Khoa: Đào t¿o chất l°ÿng cao
- Thành viên đề tài:

Stt Há và tên MSSV Lßp Khoa
CLC
1 Trần Trí Nhân 16144119 16144CL2 CLC

2 Trần Hoàng Khang 16144072 16144CL2

- Ng°ßi h°ãng dẫn: TS. Hồng Trung Kiên

2. Măc tiêu đà tài:

- Nghiên cąu, thiết kế cán dao tián có dao đáng hß trÿ.
- Phân tích, mơ phỏng cán dao tián bằng phần mềm Moldex 3D
- Thí nghiám thực tế quá trình tián.
- So sánh vãi ph°¡ng pháp tián truyền thống, tổng kết kết quả.
3. Tính mßi và sáng t¿o:
- Vận hành và kiểm chąng cho thấy sự °u viát căa viác tián có dao đáng hß trÿ về

khả năng bẻ phoi, tuổi bền dao, nhám bề mặt, đá tròn, đá trā so vãi tián truyền
thống inox304 nh° sau :

 Rung đáng c°ỡng bąc làm tăng khả năng bẻ phoi cho tián cąng, phoi tián
có rung th°ßng là phoi vān.

 S¡ bá đánh giá tuổi bền dao: Đá mịn mảnh dao căa tián cąng có rung chỉ
bằng khoảng 1/3 so vãi tián cąng truyền thống.

 Nhám bề mặt chi tiết tián cąng rung so vãi tián cąng truyền thống kh¡ng

những có giá trị trung bình nhỏ h¡n mà cịn có ph¿m vi phân tán nhỏ h¡n
hẳn. Giảm cấp đá nhám từ 1 đến 2 cấp.

 Đá tròn căa tián rung chỉ bằng khoảng gần 1/3 lần so vãi đá tròn bề mặt
khi tián th°ßng.

- Đá trā căa tián rung chỉ bằng khoảng gần 1/2 lần so vãi đá trā bề mặt khi tián
th°ßng.

IX

4. KÁt quÁ nghiên cću:
- Đề tài đã góp phần hồn thián thêm các kiến thąc về gia cơng cắt gọt, đặc biát là
tián bề mặt inox304 có trÿ giúp căa rung đáng siêu âm, cā thể là:
- Khẳng định đ°ÿc tác đáng tích cực căa rung đáng đến chất l°ÿng bề mặt, đá bền
dao cắt và phoi t¿o thành khi gia cơng góp phần t¿o an tồn khi gia cơng.
- Làm rõ đặc tính bám dính và hián t°ÿng kẹt phoi làm giảm khả năng khi tián các
vật liáu hÿp kim dẻo nh° inox.
- Các kết quả thu đ°ÿc căa đề tài cũng hình thành c¡ sá lý thuyết và thực nghiám
cho các nghiên cąu tiếp sau. Kết quả căa đề tài cũng có thể dùng làm tài liáu tham
khảo cho giảng d¿y và nghiên cąu khoa học.
- Tuy nhiên, đề tài đã chỉ ra nhiều vấn đề còn tồn t¿i và khó khăn khi áp dāng cơng
nghá này chẳng h¿n nh°: sự t°¡ng thích giữa các thơng số rung căa c¡ cấu rung vãi
các thông số gia công, cách thiết lập mát c¡ cấu rung cho gia công cắt gọt v.v;
5. Đóng góp và mặt giáo dăc và đào t¿o, kinh tÁ - xã híi, an ninh, quåc phòng
và khÁ năng áp dăng cąa đà tài:
- Đề tài đã ąng dāng thành cơng ph°¡ng pháp tián có dao đáng hß trÿ. Kết quả thu
đ°ÿc có thể áp dāng trực tiếp vào sản xuất để nâng cao hiáu quả kinh tế kỹ thuật căa
quá trình tián, đặc biát trong gia cơng cắt gọt.
- Theo nhận định căa nhóm, đề tài ąng dāng dao đáng trÿ giúp gia công là mát đề

tài mãi mẻ căa đất n°¡c, do vậy các nái dung đã thực hián có ý ngh*a c¡ sá tham
khảo để tiếp tāc duy trì và phát triển cho các nghiên cąu tiếp theo.
- Từ nghiên cąu tổng quan cho thấy, á thßi điểm hián t¿i nhiều cơng bố về l*nh vực
dao đáng trÿ giúp gia công vẫn đ°ÿc cơng bố trên các t¿p chí có uy tín. Điều này
cho thấy, l*nh vực này còn nhiều tồn t¿i cần nghiên cąu để hồn thián cơng nghá. -
- Do đó, nhóm nghiên cąu đề xuất mát số định h°ãng tiếp tāc phát triển đề tài nh°
sau:
-Tiếp tāc đầu t° các thiết bị đo nhằm đánh giá và hiáu chỉnh c¡ cấu rung
-Tiếp tāc nghiên cąu hoàn thián và chế t¿o c¡ cấu rung siêu âm trÿ giúp gia cơng có
kích th°ãc nhỏ gọn, có khả năng tích hÿp trên nhiều máy công cā khác nhau
-Nghiên cąu, áp dāng công nghá dao đáng siêu âm trÿ giúp gia công cắt gọt trên các
lo¿i vật liáu mãi và vật liáu đặc biát trong các ąng dāng hàng không và y tế v.v;
6. Công bå khoa hác cąa SV tĉ kÁt quÁ nghiên cću cąa đà tài (ghi rõ tên tạp chí
nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá căa c¡ sá đã áp dāng các kết quả nghiên cąu (nếu
có):

Long An Ngày 20 tháng 07 năm 2020
SV chßu trách nhiám chính
thực hián đà tài
(kí, họ và tên)

X

XI

CH¯¡NG 1 : TèNG QUAN
1. Gißi thiáu:
1.1 Tìm hiểu và cán dao tián:
1.1.1 Cán dao tián d¿ng Insert:
- Là lo¿i cán dao tián có phần cán dao và phần cắt gọt kim lo¿i có thể tách rịi nhau,

có thể thay thế l°ỡi cắt, l°ỡi cắt là những mảnh hÿp kim (carbide) có các hình d¿ng
khác nhau để phù hÿp vãi māc đích cắt: Carbide là hÿp kim cąng gồm kim lo¿i và
carbon

Hình 1.1: Các cán dao tián d¿ng insert

Hình 1.2: Hình d¿ng các mảnh hÿp kim gắn á cán dao tián d¿ng insert

1

1.1.2 Cán dao tián d¿ng Solid
- Là lo¿i cán dao có phần thân và phần l°ỡi cắt nguyên khối, ¯u điểm căa cán dao
solid là có phần l°ỡi cắt dß dàng mài dũa, Sauk hi đ°ÿc định hình mà mài dũa săc,
sẽ giữ đ°ÿc °u thể trong thßi gian dài. Chất liáu th°ßng là thép gió (HSS)

1.1.3 V¿t liáu: Hình 1.3: Các cán dao tián d¿ng solid
- Cán dao tián cùng vãi l°ỡi cắt sẽ gia công vãi nhiều lo¿i chất lỏng cắt gốc n°ãc và
dầu, và nó phải có khả năng chống ăn mịn thích hÿp cho mơi tr°ßng này. Cán dao
cũng phải có đá ổn định nhiát tốt và há số giãn ná nhiát t°¡ng đối nhỏ. Để có đ°ÿc
khả năng chống ăn mịn mong muốn, c°ßng đá cao, mơ đun đàn hồi và há số giãn ná
nhiát vãi chi phí hÿp lý, cán dao đ°ÿc làm từ thép khơng gỉ lo¿i 403 martinsitic. Thép
không gỉ lo¿i 403 đ°ÿc ă có đá bền kéo khoảng 275 MPa, có thể tăng đáng kể bằng
cách xử lý nhiát . Vật liáu này có há số giãn ná nhiát khoảng 10 × 10-6 / ºC và mô
đun đàn hồi 200 GPa, đặc tr°ng căa hầu hết các lo¿i thép.
Cơng nghá tián có dao đáng hß trÿ

1.1.4 Cơng nghá tián có dao đíng hë trā:
- Hián nay, gia cơng cắt gọt có trÿ giúp căa siêu âm đã đ°ÿc áp dāng cho hầu hết các
ph°¡ng pháp cắt gọt truyền thống, chẳng h¿n phay (Ultrasonic Assisted Milling), tián
(Ultrasonic Assisted Turning), mài (Ultrasonic Assisted Grinding), khoan (Ultrasonic

Assisted Drilling), ta-rô ren (Ultrasonic Vibration Assisted Tapping) v.v. Ngồi ra,
siêu âm cịn đ°ÿc tích hÿp vào mát số ph°¡ng pháp gia công tiên tiến (Ultrasonic
Vibration Assisted Non-Conventional Machining) nh° gia công bằng tia lửa đián và
gia cơng bằng lazer có trÿ giúp căa siêu âm.
Cơng nghá tián có dao đáng hß trÿ là mát ph°¡ng pháp gia cơng mà á đó, rung đáng
c°ỡng bąc có tần số cao, biên đá rất nhỏ (tính bằng micromet) đ°ÿc bổ sung vào
chuyển đáng t°¡ng đối giữa dāng cā và chi tiết trong q trình gia cơng. L°ỡi dao

2

hoặc phôi sẽ thực hián dao đáng theo mát hay nhiều ph°¡ng so vãi ph°¡ng căa vận
tốc cắt. Sự kết hÿp giữa chuyển đáng rung c°ỡng bąc này vãi chuyển đáng cắt làm
cho sự tiếp xúc giữa l°ỡi cắt và phôi thay đổi theo chu kỳ. Điều này dẫn đến sự thay
đổi t°¡ng tác ma sát trong vùng tiếp xúc giữa dāng cā, chi tiết gia cơng và phoi, do
đó có thể làm giảm lực cắt, cải thián chất l°ÿng bề mặt và đá chính xác gia cơng,
nâng cao năng suất và tuổi bền dāng cā.

1.1.5 Nguỗn dao ớng:
- Ngun dao ỏng t nhiờn:
Trong quỏ trỡnh cắt gọt luôn xảy ra các rung đáng. Hián t°ÿng này xảy ra trên tồn
bá há thống cơng nghá: dao cắt, mũi cắt, đồ gá, chi tiết gia công&.
Các nguyên nhân gây ra rung đáng:
– Do đá cąng vững căa há thống công nghá
– Do thành phần căa vật liáu, chi tiết gia công không đồng đều.
– Do l°ÿng d° gia công không đồng đều hoặc do rung đáng từ các bá phận máy móc
khác truyền tãi&.
Tác h¿i , ảnh h°áng căa sự rung đáng:
– Rung đáng làm cho chất l°ÿng bề mặt gia công xấu.
– Giảm tuổi thọ căa dao cắt, mũi khoan
– Giảm tuổi thọ trung bình căa vịng đßi máy

Khắc phāc rung đáng bằng những bián pháp cā thể sau:
Để có thể khắc phāc tốt hián t°ÿng rung đáng thì tr°ãc hết cần phải tìm hiểu rõ
nguyên nhân gây nên những rung đáng đó để có đ°ÿc bián pháp lo¿i trù nó tốt nhất.
– Làm móng cāc bá cho những máy gây ra rung đáng lãn trong q trình gia cơng
– Cân bằng đáng các chi tiết, bá phận căa máy
– Cân bằng, cố định chi tiết khi gá nó trên bàn máy, mâm cặp
– Tăng đá cąng vững căa há thống công nghá: tăng khối l°ÿng thân máy, tăng đá
cąng vững căa đồ gá, gá dao, thu gn chi tit.&

1.1.6 Nguỗn dao đíng c°ÿng bćc:
Đáng c¡ PZT (piezoelectric)
Là lo¿i đáng c¡ đián ho¿t đáng dựa trên hiáu ąng áp đián, trong đó khi có đián
tr°ßng đặt lên khối vật liáu áp đián sẽ làm thay đổi hình d¿ng căa khối đó, t¿o ra c¡
năng.
¯u điểm căa đáng c¡ áp đián là kích th°ãc nhỏ, có tỷ số cơng suất trên khối l°ÿng
rất cao,, ho¿t đáng khơng cần từ tr°ßng, và làm viác đ°ÿc trong chân khơng. Nó đ°ÿc
ąng dāng trong các thiết bị đián tử thông dāng và trong nghiên cąu vũ trā.

3

Hình 1.4: Các lo¿i PZT

1.2 Téng quan tình hình nghiên cću thc lĩnh vực cąa đà tài ß trong và ngồi
n°ßc:
1.2.1 Ngồi n°ßc:

- Kiểm sốt phoi là mát trong những vấn đề cần giải quyết trong viác sử dāng máy
tián tự đáng nhỏ đ°ÿc sử dāng trong sản xuất phā tùng ô tơ và gia cơng chính xác
nhỏ các bá phận trong sản xuất thiết bị y tế và thiết bị OA. Nếu phoi không đ°ÿc sản
xuất hoặc xử lý tốt, chúng có thể bị v°ãng và dẫn đến giảm tuổi thọ cơng cā, bề mặt

sản phẩm bị hỏng và thậm chí là hỏng máy. Nói cách khác, kiểm sốt phoi là yếu tố
°u tiên để cải thián tuổi thọ công cā. Điều này lần l°ÿt thúc đẩy mąc chất l°ÿng ổn
định và để tối °u hóa hiáu quả gia cơng, nên sử dāng chất làm mát áp suất cao để phá
vỡ phoi trực tiếp và chèn vãi bá phận bẻ phoi phù hÿp. mát cách tiếp cận hoàn toàn
mãi để kiểm sốt phoi vãi cơng nghá cắt rung tần số thấp. Vào mùa thu 2013, Citizen
đã thu hút sự chú ý cả trong và ngoài n°ãc bằng cách giãi thiáu mát máy kết hÿp
cơng nghá này. Yoshimitsu Oita thc Phịng kinh doanh vật liáu Mitsubishi và Akira
Sato căa Phòng phát triển vật liáu Mitsubishi đã đến thăm Takaichi Nakaya và
Kazuhiko Sannomiya t¿i Phịng phát triển máy móc cơng dân để phỏng vấn họ về
khái niám và t°¡ng lai căa công nghá cắt rung tần số thấp.

1.2.2 Trong n°ßc:
- à Viát Nam hián nay, ąng dāng căa siêu âm công suất cao đã đ°ÿc giãi thiáu và
th°¡ng m¿i hóa thơng qua nhập khẩu các thiết bị từ n°ãc ngoài trong mát số l*nh vực
nh° hàn siêu âm (Ultrasonic Welding), siêu âm làm s¿ch (Ultrasonic 3 Cleaning) v.v.
H°ãng nghiên cąu chế t¿o vật liáu áp đián nhằm sản xuất các bá chuyển đổi siêu âm

4

cũng mãi đ°ÿc triển khai những năm gần đây t¿i mát số tr°ßng Đ¿i học. Tuy nhiên,
ąng dāng căa siêu âm trong gia cơng c¡ khí vẫn ch°a đ°ÿc cập nhật, công bố khoa
học về kỹ thuật ąng dāng rung đáng siêu âm trÿ giúp gia công ch°a thấy xuất hián
trong n°ãc.

1.3 Tính cấp thiÁt cąa đà tài
Viác gia cơng các vật liáu mãi đ°ÿc sử dāng trong ngành hàng khơng vũ trā, quốc
phịng, hàng khơng, y tế và đián tử, sá hữu khả năng chống mòn, đá bền cao á nhiát
đá cao, khả năng chống suy thối hóa học t¿o ra những thách thąc lãn cho các nhà
nghiên cąu.
Cuác cách m¿ng công nghiáp đã đ°ÿc bắt đầu và chuyển sang các quy trình sản xuất

mãi, từ sản xuất thă cơng đến quy trình gia cơng. Để giảm chi phí sản xuất và bảo vá
mơi tr°ßng, mát số kỹ thuật đ°ÿc sử dāng. Trong khi bơi tr¡n đóng mát vai trị quan
trọng trong các thơng số thay đổi, chẳng h¿n nh° tuổi thọ dao, nhiát đá cắt, hoàn thián
bề mặt, hình thành phoi và lực cắt. Tián ích siêu âm (UAT) đã đ°ÿc giãi thiáu.
Trong kỹ thuật này, rung đáng đ°ÿc kết hÿp vãi quy trình tián thơng th°ßng để đ¿t
đ°ÿc lÿi thế kết hÿp căa cả hai kỹ thuật trong quy trình gia cơng. Há thống điều khiển
UAT đ°ÿc phát triển bằng cách sử dāng bá t¿o chąc năng để t¿o ra tần số yêu cầu và
đián áp đầu ra đ°ÿc kết nối trực tiếp vãi bá truyền đáng áp đián. Trong khi bá truyền
đáng áp đián PZT là thiết bị chính đ°ÿc sử dāng để chuyển đổi năng l°ÿng đián thành
năng l°ÿng rung, trong đó rung đáng truyền đến đầu cắt và thực hián trong năng
l°ÿng c¡ học để lo¿i bỏ vật liáu không mong muốn và t¿o ra kích th°ãc chính xác
căa vật liáu làm viác. Đặc tính căa quy trình gia cơng này về mặt lý thuyết có khả
năng giảm hao mịn dāng cā, lực cắt và dựa trên phân tích thử nghiám hián t¿i đã cho
thấy sự cải thián đáng kể về hoàn thián bề mặt và giảm hao mịn cơng cā.
Tián có dao đáng hß trÿ phá vỡ phoi thành những mảnh nhỏ và xả chúng trong quá
trình ho¿t đáng. Điều này giải quyết tất cả các vấn đề gây ra bái phoi v°ãng víu trong
q trình gia cơng vật liáu khó cắt và khoan lß sâu.
1.4 Măc tiêu đà tài, đåi t°āng nghiên cću

1.4.1 Măc tiêu đà tài:
Nghiên cąu, thiết kế cán dao tián có dao đáng hß trÿ.
Phân tích, mơ phỏng cán dao tián bằng phần mềm Moldex 3D
Thí nghiám thực tế q trình tián.
So sánh vãi ph°¡ng pháp tián truyền thống, tổng kết kết quả.

1.4.2 Đåi t°āng nghiên cću
Cán dao tián
Khãp nối mềm
Ph°¡ng pháp mô phỏng đá cąng căa khãp mềm.

5

1.5 Cách tiÁp c¿n, ph°¢ng pháp nghiên cću

1.5.1. Cách tiÁp c¿n

Sử dāng ph°¡ng pháp định l°ÿng trong q trình tính tốn, phân tích mơ phỏng kết
hÿp vãi thực nghiám nhằm kiểm chąng kết quả.

1.5.2. Ph°¢ng pháp nghiên cću
a. Ph°¡ng pháp thu thập và tổng hÿp tài liáu:
Thu thập, phân tích và biên dịch tài liáu liên quan tãi cơng nghá tián có dao đáng hß
trÿ,đảm bảo tính đa d¿ng, đa chiều và tận dāng đ°ÿc các kết quả căa các nghiên cąu
mãi nhất, phù hÿp vãi nái dung nghiên cąu căa đề tài
b. Ph°¡ng pháp phân tích mơ phỏng:
Nghiên cąu lý thuyết: nghiên cąu các lý thuyết về phần mềm mô phỏng Ansys
Mô phỏng: tiến hành các mô phỏng liên quan đến thiết kế căa đề tài.
Dựa trên các kết quả về mô phỏng trên phần mềm Ansys Workbench về các yếu tố:
+ Đá biến d¿ng căa cán dao

+ Đá cąng căa cán dao theo ph°¡ng X và ph°¡ng Z.

Từ đó làm sang tỏ lý thuyết và kết quả có tính thuyết phāc cao.
1.6 KÁ ho¿ch thực hián

Kế ho¿ch thực hián luận văn đ°ÿc trình bày tóm tắt trong bảng 1.1
Bảng 1.1 Kế ho¿ch thực hián đồ án

STT Các nái dung, công viác Sản phẩm Thßi gian
thực hián chă yếu phải đ¿t (số tháng)

Báo cáo
1 Nghiên cąu lý thuyết 2 tháng
2 Chế t¿o sản phẩm Sản phẩm
3 Thử nghiám, phân tích kết quả Báo cáo 2 Tuần
4 Viết báo cáo tổng kết Báo cáo 1 Tuần
1 tháng

6

CH¯¡NG 2. C¡ SÞ LÝ THUT Q TRÌNH TIàN CĨ DAO ĐìNG Hê
TRĀ.

2.1 Gißi thiáu chung:
Gißi thißu vß c¡ sß lý thuy¿t:

Nßi dung ch±¡ng này là trình bày c¡ sß lý thuy¿t cÿa q trình tißn có sÿ trÿ
giúp cÿa dao đßng t¿o ra tÿ thi¿t bß PZT.

Nguyên t¿c và c¡ ch¿ cÿa q trình tißn có dao đßng hß trÿ.

Mßt sß v¿n đß vß khßp nßi mßm cũng nh± đß cÿng cÿa v¿t lißu làm cán dao.

Tißn có dao đßng hß trÿ PZT

- Các nghiên c°ú về khoa học gần đây đã chỉ ra viác giảm há số ma sát căa các
thành phần trong quá trình gia cơng sản phẩm góp phần hồn thián bề mặt sản
phẩm.

- Trong gia cơng c¡ khí vấn đề nâng cao chất l°ÿng bề mặt và năng suất cắt khi gia
công các lo¿i vật liáu có đá cąng cao đang là mát l*nh vực đ°ÿc các nhà chế t¿o,

các nhà khoa học đang nghiên cąu.

- Nó là mát ph°¡ng pháp gia cơng phổ biến cần đ¿t đá nhẵn bóng bề mặt và năng
suất cắt cao. Để khắc phāc những h¿n chế kể trên, gia công cắt rung nói chung
hay cơng nghá tián có tích hÿp rung đáng c°ỡng bąc nói riêng đã đ°ÿc nhiều nhà
nghiên cąu trên thế giãi quan tâm và công bố. Cắt rung là mát kỹ thuật sử dāng
rung đáng vãi tần số cao hay thấp tác đáng lên dāng cā cắt hoặc phôi trong mát
ho¿t đáng gia công để đ¿t đ°ÿc hiáu suất cắt tốt h¡n.Kỹ thuật này đã đ°ÿc sử
dāng trong gia cơng chính xác gß và thép cacbon thấp.

- Trong qúa trình tián cąng có tích hÿp rung đáng c°ỡng bąc là ta đ°a thêm vào
qúa trình cắt mát nguồn rung đáng chă đáng vãi tần số cao và biên đá dao đáng
theo h°ãng chuyển đáng ch¿y dao căa dāng cā cắt và phơi. à qúa trình này thì
nguồn t¿o rung là các c¡ cấu ąng dāng hiáu ąng áp đián.Các c¡ cấu rung sử dāng
tinh thể gốm áp đián hay c¡ cấu chuyển đổi áp đián PZT ( Piezoelictric
Transducers) th°ßng có tần số rung lãn và biên đá rung nhỏ.Vì vậy khi tián có
tích hÿp rung đáng c°ỡng bąc có sử dāng các c¡ cấu này sẽ khắc phāc đ°ÿc những
nh°ÿc điểm mà gia cơng tián cịn tồn t¿i kể trên.Các PZT này đã đ°ÿc ąng dāng
phổ biến và chế t¿o thành công trên nhiều lo¿i máy á các n°ãc trên thế giãi.

- Các thực nghiám trên thế giãi chỉ ra rằng tián có tích hÿp rung đáng c°ỡng bąc
có 9 °u điểm v°ÿt trái so vãi tián cąng truyền thống đó là:
 Lực cắt giảm từ 3 đến 10 lần
 Sản phẩm đ¿t cấp đá chính xác cao
 Nhiát cắt thấp
 Khơng t¿o nên hián t°ÿng lẹo dao, khơng có bavia khi cắt, biến d¿ng ít
 Đá nhám bề mặt thấp
 Đá cąng vững căa há thống công nghá cao
 Quy trình cắt ổn định, lo¿i bỏ hián t°ÿng va đập giữa dao và phôi khi cắt

7

 Tuổi thọ căa dāng cā cắt tăng từ 3 đến 8 lần
 Tăng đá bền mỏi, tăng khả năng chống ăn mòn và mài mòn cho chi tiết gia

công.
- Trong l*nh vực gia cơng c¡ khí á Viát Nam thì viác chế t¿o đ°ÿc c¡ cấu PZT ąng

dāng phù hÿp vãi điều kián sản xuất trong n°ãc là mát vấn đề mãi mẻ đã đ°ÿc
các nhà khoa học, các nhà nghiên cąu và chế t¿o bàn luận đ°a ra h°ãng tiếp cận
t¿i hái nghị c¡ học.

2.1.1 Những °u điểm v°āt tríi:
- Vận hành và kiểm chąng cho thấy sự °u viát căa viác tián có dao đáng hß trÿ về

khả năng bẻ phoi, tuổi bền dao, nhám bề mặt, đá tròn, đá trā so vãi tián truyền
thống inox304 nh° sau :

 Rung đáng c°ỡng bąc làm tăng khả năng bẻ phoi cho tián cąng, phoi tián
có rung th°ßng là phoi vān.

 S¡ bá đánh giá tuổi bền dao: Đá mòn mảnh dao căa tián cąng có rung chỉ
bằng khoảng 1/3 so vãi tián cąng truyền thống.

 Nhám bề mặt chi tiết tián cąng rung so vãi tián cąng truyền thống kh¡ng
những có giá trị trung bình nhỏ h¡n mà cịn có ph¿m vi phân tán nhỏ h¡n
hẳn. Giảm cấp đá nhám từ 1 đến 2 cấp.

 Đá tròn căa tián rung chỉ bằng khoảng gần 1/3 lần so vãi đá tròn bề mặt
khi tián th°ßng.

 Đá trā căa tián rung chỉ bằng khoảng gần 1/2 lần so vãi đá trā bề mặt khi
tián th°ßng.

2.1.2 KÁt lu¿n
- Trong qúa trình tián do phơi có đá cąng khá cao nên trong qúa trình cắt ma sát

giữa phoi và dāng cā cắt lãn làm cho lực cắt lãn, dāng cā cắt mòn nhanh, đồng
thßi t¿i vùng cắt nhiát phát sinh cao làm giảm chất l°ÿng bề mặt căa chi tiết sau
qúa trình gia cơng. Để khắc phāc các nh°ÿc điểm căa tián truyền thống, viác ąng
dāng rung đáng c°ỡng bąc vào qúa trình tián nhằm nâng cao đá chính xác về kích
th°ãc, đá chính xác về hình dáng hình học và đá nhẵn bóng bề mặt cho gia cơng
tián cąng nói chung.
2.2 Công nghá cÁt rung siêu âm (UCV)
- Cắt rung siêu âm (Ultrasonic vibration cutting – UVC) chính là mát qúa trình cắt
tiên tiến đã đ°ÿc ąng dāng từ những năm 1960. Trong kỹ thuật cắt này, dāng cā
cắt truyền thống dao đáng vãi tần số siêu âm bái đặc tính căa các PZT (Voronin
và Marknov, 1960; Isaev và Anokhin, 1961; Skelton 1968 & 1969, và các tác giả
khác). Do có sự chuyển đáng gián đo¿n giữa dāng cā cắt và phôi nên lực cắt giảm
rõ rát, làm tăng tuổi thọ dāng cā cắt và cải thián đ°ÿc tính ổn định khi cắt cũng
nh° đá chính xác gia công, chất l°ÿng bề mặt (Skelton 1969; Kumabe và cáng sự,
1984 & 1989; Kim và Choi, 1997; Shamoto và Moriwaki, 1994; Xiao và cáng sự,
2002; Suzuki và cáng sự, 2004; Ma và cáng sự).
- H¡n nữa, kỹ thuật UVC có thể khắc đ°ÿc các khó khăn về tính kinh tế trong các
ph°¡ng pháp gia công truyền thống nh° đã đ°ÿc đề cập á trên và nó cịn có thể

8