luận văn cao học: Khoan có rung động trợ giúp

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận văn
này là của bản thân thực hiện, chưa được sử dụng cho bất kỳ
một khóa luận tốt nghiệp nào khác. Theo hiểu biết cá nhân,
chưa có tài liệu khoa học nào tương tự được công bố, trừ
những thông tin tham khảo được trích dẫn.

Phan Văn Nghị
Tháng 12 năm 2012

Thực hiện: Phan Văn Nghị

1


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

Lời cám ơn
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn khoa
học của tôi, thầy giáo - PGS.TS. Nguyễn Văn Dự, người đã tận tình chỉ bảo,
động viên và giúp đỡ cho tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt
nghiệp. Thứ đến, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, Ths. Lê Duy Hội và Ths.
Chu Ngọc Hùng đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình làm luận văn này. Tôi
cũng xin cám ơn thầy giáo Cao Thanh Long và các kỹ thuật viên của DNTN Thái
Long đã giúp đỡ tôi trong việc gia công, chế tạo các thiết bị thí nghiệm và thực

hiện thí nghiệm cho đề tài này.
Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí cũng như bộ
môn Chế tạo máy, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
đã tạo điều kiện để tôi được tham gia và hoàn thành khóa học này.
Lòng biết ơn chân thành tôi xin bày tỏ với vợ và gia đình tôi, vì tất cả những
gì mà mọi người đã dành cho tôi. Mọi người đã chăm sóc, động viên tôi trong
suốt thời gian tôi sống, học tập và làm luận văn.
Cuối cùng, tôi xin cám ơn các thầy cô giáo, các bạn bè, đồng nghiệp trong
trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên đã hỗ trợ và giúp
đỡ trong thời gian học tập của tôi.

Thực hiện: Phan Văn Nghị

2


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

Tóm tắt
Qua việc phân tích một cách hệ thống các ưu điểm vượt trội của phương
pháp gia công có rung động trợ giúp và các nguyên lý tạo rung động, 2 cơ cấu tạo
rung động đặt lên phôi khi khoan đã được mô hình, tính toán, thiết kế và chế tạo.
Hai cơ cấu tạo rung này được thiết kế lần lượt theo 2 nguyên lý: Cơ cấu tạo rung
theo nguyên lý li tâm cơ khí và cơ cấu tạo rung theo nguyên lý áp điện.
Cơ cấu tạo rung tần số thấp (khoảng 50 Hz) theo nguyên lý li tâm cơ khí
đã được chọn để tạo rung động trợ giúp cho quá trình thí nghiệm khoan hợp kim
nhôm. Cơ cấu lệch tâm đã chế tạo có thể tạo rung động với tần số từ 26 đến 60
Hz, biên độ từ 2 đến 12 micromet, được tích hợp vào hệ thống gia công nhằm

tạo rung cho phôi theo phương dọc trục mũi khoan. Các lỗ có đường kính 1,5
mm, chiều sâu 13 mm (L/D = 9) đã được gia công đối chứng cả bằng khoan
thường và khoan có bổ sung rung động.
Các bộ thí nghiệm đã được thiết kế nhằm so sánh độ tròn, độ trụ và
năng suất giữa hai chế độ gia công khoan truyền thống và khoan có rung động
trợ giúp. Vấn đề kẹt phoi, gãy mũi khoan khi khoan nhôm và hợp kim nhôm
gần như đã được khắc phục hoàn toàn. Số liệu thực nghiệm về độ lay động
đường kính và độ tròn lỗ khoan được phân tích so sánh thông qua kiểm
nghiệm so sánh t (2 sample t-test) trên 36 mẫu đo. Kết quả cho thấy khoan có
rung có thể làm giảm độ lay rộng đường kính lỗ đến 3 lần, làm giảm độ không
tròn của lỗ đến 2 lần so với khoan truyền thống.
Trên thế giới, rung động trợ giúp gia công thường được thực hiện nhờ các
bộ tạo rung dùng động cơ servo cồng kềnh hoặc các tinh thể áp điện rất đắt tiền.
Kết quả nghiên cứu này đã đem lại khả năng chủ động thiết bị, công nghệ cho
phương pháp gia công có rung động trợ giúp trở nên rất hứa hẹn tại Việt Nam,
khắc phục được vấn đề cơ bản về chủ động vật tư, thiết bị và giá thành.

Thực hiện: Phan Văn Nghị

3


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

Mục lục
Lời cam đoan.....................................................................................................................1
Lời cám ơn.........................................................................................................................2
Tóm tắt...............................................................................................................................3

Các ký hiệu viết tắt............................................................................................................5
Danh mục các hình ảnh.....................................................................................................6
Danh mục các bảng, biểu...................................................................................................9

Thực hiện: Phan Văn Nghị

4


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

Các ký hiệu viết tắt
UVC

Gia công với rung siêu âm (Ultrasonic Vibration Cutting)

CUVC

Gia công với rung siêu âm kiểu truyền thống (Conventional
Ultrasonic Vibration Cutting)

UEVC

Gia công với rung siêu âm kiểu elip (Ultrasonic Elip Vibration
Cutting)

PZT

Cơ cấu chuyển đổi áp điện (Piezoelectric Transducers)

PZT-4

(Một loại cơ cấu chuyển đổi áp điện)

ELID

Quá trình mài sửa đá bằng điện phân (Electrolytic In Process
Dressing)

USM

Gia công siêu âm (Ultrasonic Machining)

EDM

Gia công bằng tia lửa điện (Electrical Discharge Machining)

ECM

Gia công bằng điện hóa (Electrochemical Machining)

Thực hiện: Phan Văn Nghị

5


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

Danh mục các hình ảnh
TT hình

Nội dung

Trang

1.1

Mô hình đặt rung động vào hệ thống gia công

22

1.2

Mô hình cắt rung theo kiểu elip

23

1.3

Nguyên lý hình thành lực ly tâm

24

1.4

Nguyên lý tạo rung bằng lực từ trường

26

1.5

Cơ cấu tạo rung động bằng lực từ trường

27

1.6

Tạo rung bằng truyền dẫn lệch tâm dùng cho máy tải rung

27

1.7

Tạo rung bằng thủy lực, khí nén

28

1.8

Hiện ứng áp điện

29

1.9

Hiệu ứng áp điện thuận và nghịch xảy ra trên vật liệu áp điện

30

1.10

Quan hệ giữa lực cản và hành trình (biên độ)

31

1.11

Ứng xử của một PZT làm việc theo hướng trục

31

1.12

PZT đơn trong công nghiệp

33

Thực hiện: Phan Văn Nghị

6


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

1.13

Các PZT xếp chồng

34

2.1

Một số ứng dụng thực tế của hợp kim nhôm

38

2.2

Các sản phẩm ứng dụng của hợp kim nhôm A5052

40

2.3

Mức độ ảnh hưởng của tốc độ cắt và lượng chạy dao đến lực cắt

42

2.4

Phoi khi khoan vật liệu dẻo

43

2.5

Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến dạng phoi dạng phoi

44

2.6

Các kích thước phoi khác nhau trong thí nghiệm

48

2.7

Phân tích lực khi khoan có phoi dạng xoắn ốc

48

2.8

Phoi dải chuyển động trong rãnh xoắn

51

2.9

Trạng thái ban đầu của phoi xoắn ốc

52

2.10

Hình dạng phoi dạng dải

53

2.11

Mô hình quỹ đạo 2 lưỡi cắt mũi khoan khi khoan

55

3.1

Mô hình khoan với rung động trợ giúp

58

3.2

Mô hình tạo rung theo hiệu ứng áp điện

59

3.3

61

3.4

Kích thước PZT và cách đấu điện áp
Chồng PZT- đã ghép nối

3.5

Bệ gá cơ sở của cơ cấu tạo rung

62

3.6

Ống kẹp của cơ cấu tạo rung

63

3.7

Ống truyền rung động của cơ cấu tạo rung

64

3.8

Lắp ghép cơ cấu tạo rung động bằng các PZT

64

3.9

Máy phát điện áp xung, công suất 1200W

65

3.10

(Mô hình hóa cơ cấu rung bằng lệch tâm cơ khí

65

3.11

Sơ đồ nguyên lý cơ cấu tạo rung động trên phôi cho khoan

66

3.12

Mô hình các chi tiết của cơ cấu tạo rung động

67

3.13

Động cơ dẫn động quay lệch tâm

68

3.14

Bộ biến áp và chuyển đổi dòng điện từ xoay chiều sang một

chiều

68

3.15

Bản vẽ thiết kế bánh lệch tâm

69

3.16

Các cặp quả nặng để tăng khối lượng lệch tâm:

69

Thực hiện: Phan Văn Nghị

61

7


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

3.17

Bản vẽ chế tạo chi tiết bệ gá cơ sở

71

3.18

Giá đỡ sống dấn hướng chữ V

71

3.19

Sống dẫn hướng chữ V

72

3.20

Lò xo duy trì rung động

73

3.21

Cụm chi tiết I sau khi chế tạo, lắp ráp

74

3.22

Tấm gá động cơ, phôi và rãnh dẫn hướng

75

3.23

Ống gá động cơ

76

3.24

Động cơ được lắp vào tấm gá sau khi chế tạo

76

3.25

Đồ gá kẹp phôi

77

3.26

Cơ cấu tạo rung động theo nguyên lý li tâm cơ khí

78

3.27

Các lực tác dụng lên phôi gia công

78

3.28

Xác định tọa độ khối tâm

79

3.29

Các lực cắt khi khoan

81

4.1

Máy phay đứng Mazak M-800

84

4.2

Mũi khoan xoắn P18, D1.5 dùng cho thí nghiệm

85

4.3

Cơ cấu tạo rung động cho nguyên công khoan

85

4.4

Phôi hợp kim nhôm gá đặt khi thí nghiệm

86

4.5

Kính hiển vi điện tử VEGA SBU EasyProbe

86

4.6

Máy cắt dây CW322S

87

4.7

Đồng hồ so

87

4.8

Lắp đặt cơ cấu tạo rung lên máy phay

88

4.9

Thực hiện quá trình thí nghiệm khoan thường

89

4.10

Thực hiện quá trình thí nghiệm khoan có rung động trợ giúp

89

4.11

Phoi dây khi khoan thường

90

4.12

Phoi vụn khi khoan có rung động trợ giúp

90

4.13

Lỗ khoan thí nghiệm (tỷ lệ 10:1): a. Khoan thường, b. Khoan

rung

91

Tính toán số lượng mẫu thí nghiệm cần thiết

91

4.14

Thực hiện: Phan Văn Nghị

8


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

4.15

Kết quả so sánh độ lay rộng

93

4.16

Hiện tượng lỗ không tròn (tỷ lệ 10:1): a. Khoan thường, b. Khoan
rung
93

4.17
4.18

Kết quả so sánh độ không tròn
95
Phân bố độ lay rộng lỗ; nét liền cho lỗ khoan thường, nét đứt cho
96
lỗ khoan rung

4.19

Hiện tượng xiên lỗ khoan: a. Khoan thường,

4.20

Chất lượng bề mặt lỗ và ba via mép cuối lỗ khoan

b. Khoan rung

97
97

Danh mục các bảng, biểu
TT bảng

Nội dung

Trang

1.1

So sánh các phương pháp gia công tích hợp rung siêu âm.

24

2.1

Phôi hợp kim nhôm tấm với thành phần hóa học cơ bản

40

2.2

Cơ tính của hợp kim nhôm A5052

41

3.1

Kết quả thử chuyển vị của lò xo

73

4.1

Thông số cơ bản của máy phay sử dụng thí nghiệm

84

4.2

Thông số mũi khoan thí nghiệm

84

4.3

Thành phần hợp kim nhôm A5052 thí nghiệm

85

4.4

Cơ tính của phôi gia công

86

4.5

Độ lay rộng lỗ khoan cho cả 2 phương pháp khoan

92

4.6

Độ không tròn của lỗ khoan cho cả 2 phương pháp khoan

95

Thực hiện: Phan Văn Nghị

9


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

GIỚI THIỆU
Phần này giới thiệu các cơ sở lý luận và tính cấp thiết để thực hiện đề tài
nghiên cứu, các mục tiêu và tóm tắt các kết quả đã đạt được. Mục 0.1 trình bày
về vấn đề nghiên cứu, hay tính cấp thiết của đề tài. Mục 0.2 tóm tắt các thông
tin tổng quan về các kết quả nghiên cứu gần đây trên thế giới về gia công có
rung động trợ giúp. Các mục tiêu cụ thể của nghiên cứu được thể hiện trong
mục 0.3. Mục 0.4 tóm tắt các kết quả chính đã đạt được về cả lý thuyết và thực
nghiệm. Mục cuối cùng giới thiệu cấu trúc của luận văn.
0.1. Vấn đề nghiên cứu
Hiện nay, hợp kim nhôm đang được sử dụng ngày càng rộng rãi trong các
lĩnh vực công nghiệp. Gia công cắt gọt hợp kim nhôm nói chung thường dễ dàng
và có năng suất cắt cao hơn so với gia công thép và các hợp kim đen. Tuy nhiên,
do tính dẻo của hợp kim nhôm, gia công khoan vật liệu này thường gặp phải các
vấn đề về năng suất và chất lượng lỗ khoan [1]. Trong quá trình khoan, phoi
không thể thoát ra khỏi vùng cắt một cách tự do như trong các dạng gia công
khác. Phoi (thường là phoi dây) có ma sát mạnh với mặt trước mũi khoan, rãnh
Thực hiện: Phan Văn Nghị

10

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

xoắn thoát phoi và thành lỗ khoan, càng cản trở dòng phoi thoát ra, bám chặt vào
rãnh xoắn làm tăng mô men xoắn và do vậy lực ma sát làm tăng đáng kể lực cắt
[2]. Điều này có thể gây kẹt hoặc gãy mũi khoan. Hơn nữa, dòng ma sát của phoi
dây lên thành lỗ khoan khi phoi thoát ra sẽ cào xước vào bề mặt lỗ khoan làm
tăng độ nhám bề mặt lỗ khoan. Ma sát lớn giữa phoi dây với mặt trước, với rãnh
xoắn mũi khoan và với thành lỗ khoan còn làm cho nhiệt cắt tăng nhanh, gây
mòn mũi khoan và cháy xém bề mặt lỗ khoan. Do hiện tượng phoi dây gây ma
sát lớn nên khi khoan, thành phần lực cắt hướng kính xuất hiện còn làm tăng hiện
tượng lay rộng lỗ, méo lỗ và làm tăng độ không thẳng của lỗ khoan [3].
Để khắc phục các vấn đề trên, thông thường, mũi khoan dùng để gia công
nhôm và hợp kim nhôm cần có những lưu tâm đặc biệt về mặt kết cấu và công
nghệ chế tạo [4]. Tuy nhiên, trong đề tài này, một cách tiếp cận mới để giải quyết
các vấn đề khi khoan các vật liệu dẻo đã được nghiên cứu. Đó chính là ứng dụng
rung động cưỡng bức vào quá trình khoan này. Đây là một vấn đề không mới
trên thế giới nhưng rất mới tại Việt Nam, chưa có một ứng dụng nào về rung
động trong gia công được triển khai. Đề tài này tập trung nghiên cứu lý thuyết về
các ưu điểm vượt trội khi khoan vật liệu dẻo có rung động trợ giúp và thiết kế,
chế tạo một cơ cấu tạo rung động cho khoan và tiến hành thử nghiệm để hiện
thực hóa gia công có rung động trợ giúp tại Việt Nam.
0.2. Các kết quả nghiên cứu gần đây
Kỹ thuật cắt tích hợp rung (Ultrasonic vibration cutting – UVC) chính là một
quá trình cắt tiên tiến đã được ứng dụng từ những năm 1960. Trong kỹ thuật cắt
này, dụng cụ cắt truyền thống dao động với tần số siêu âm bởi đặc tính của các
PZT(Voronin và Marknov, 1960; Isaev và Anokhin, 1961; Skelton 1968 & 1969,
và các tác giả khác). Do có sự chuyển động gián đoạn giữa dụng cụ cắt và phôi
nên lực cắt giảm rõ rệt, làm tăng tuổi thọ dụng cụ cắt và cải thiện được tính ổn

định khi cắt cũng như độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt...(Skelton 1969;
Kumabe và cộng sự, 1984 & 1989; Kim và Choi, 1997; Shamoto và Moriwaki,
1994; Xiao và cộng sự’ 2002; Suzuki và cộng sự, 2004; Ma và cộng sự). Khi các
chi tiết với các bề mặt cần gia công tinh có thể được sản xuất bằng hệ thống phôi
Thực hiện: Phan Văn Nghị

11


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

– dụng cụ cắt đơn lẻ thì kỹ thuật cắt gọt này giảm được cả thời gian gia công (510 %) và giá thành gia công (gần 30%) và tất nhiên làm tăng năng suất gia công
(Ma và cộng sự, 2004). Các nghiên cứu còn chỉ ra rằng, dụng cụ kim cương có
thể ứng dụng trong kỹ thuật UVC để gia công chính xác thép không gỉ, thép làm
khuôn, trong khi các phương pháp truyền thống rất khó thực tế do tác động hóa
học cao hơn giữa kim cương và Các bon (Moriwaki và Shamoto, 1991; Shamoto
và cộng sự, 1997& 1999). Hơn nữa, kỹ thuật UVC có thể khắc được các khó
khăn về tính kinh tế trong các phương pháp gia công truyền thống như đã được
đề cập ở trên và nó còn có thể nhận được độ chính xác gia công cao cho nhiều
loại vật liệu gia công khác nhau (Skelton và cộng sự, 1969; Kumabe và cộng sự,
1979; Gao và cộng sự, 2002; Shamoto và Moriwaki, 1994; Baibitsky và cộng sự
2002; Suzuki và cộng sự, 2004 & 2007). Với các lý do đó, công nghệ UVC đã
nhận được rất nhiều sự quan tâm từ các nhà nghiên cứu và các nhà chế tạo trong
tất cả các công nghệ gia công.
Ngày nay, nguyên lý của kỹ thuật UVC đang được kết hợp với các phương
pháp gia công khác, như khoan, phay, mài, µ-EDM, mài giũa, đánh bóng...để tạo
ra các lợi ích mong muốn (Guo và cộng sự, 1997; Egashira và cộng sự, 2002;
Gao và Liu, 2003; Moriwaki và cộng sự, 2004; Jaitana và cộng sự, 2004 & 2005;

Suzuki và cộng sự, 2006) [5].
Khi khoan nhôm và hợp kim nhôm, ngoài vấn đề ma sát thì vấn đề ba via
cũng là một vấn đề lớn. Nghiên cứu của K. Adachi và cộng sự đã chỉ ra rằng, khi
khoan các loại vật liệu dẻo như nhôm và hợp kim nhôm, thường xuất hiện các ba
via ở mép đầu và đặc biệt là ở mép cuối lỗ khoan làm giảm chất lượng lỗ khoan
và thường sau khi khoan cần phải có các nguyên công phụ để xử lý các ba via đó.
Ngoài ra, với các loại vật liệu dẻo như nhôm và hợp kim nhôm, do hiện tượng
phoi dây gây ma sát lớn nên khi khoan, thành phần lực cắt hướng kính xuất hiện
làm đẩy mũi khoan làm lay rộng lỗ, méo lỗ và xiên lỗ [6].
Gần đây, đã có những nghiên cứu về kỹ thuật khoan tích hợp rung động
cưỡng để khắc phục những hạn chế trên [3, 5-13]. Nguyên lý chung của kỹ thuật
này là đưa thêm vào quá trình cắt một nguồn rung động chủ động với biên độ f
Thực hiện: Phan Văn Nghị

12


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

và biên độ dao động A (A= 2- 30 µm) theo hướng chuyển động chạy dao của
dụng cụ hoặc phôi. Quá trình cắt như thế này chính là điều khác biệt của khoan
rung và quá trình này gọi là khoan tích hợp rung động. Bản chất của kỹ thuật này
chính là tạo ra sự dao động tương đối gữa dụng cụ cắt và phôi gia công. Do vậy,
có thể đặt nguồn rung động lên phôi hoặc dụng cụ cắt tùy vào từng điều kiện cụ
thể.
Nghiên cứu của Gwo-Lianq Chern và Han-Jou Lee đã chỉ ra rằng độ tròn, độ
lay rộng lỗ và độ xiên của lỗ khi khoan hợp kim nhôm Al 6061-T6 và thép kết
cấu SS41 đã được cải thiện rõ rệt (độ lay rộng lỗ có thể đạt dưới 2 µm khi tần số

rung lớn hơn 10kHz) khi khoan có rung động trợ giúp [7]. B. Azarhoushang, J.
AkbariA và các nhà khoa học khác đã tiến hành nghiên cứu về gia công tích hợp
rung. Kết quả đã cho thấy, nguồn rung động với tần số càng cao (tần số siêu âm)
thì hiệu quả của quá trình gia công càng cao [8].
Gia công tích hợp rung siêu âm là phương pháp gia công có nguồn rung
động trợ giúp với tần số rung động từ 13-15 kHz trở lên, chỉ áp dụng cho các loại
vật liệu dòn [8]. Tuy nhiên, khoan với siêu âm trợ giúp lại là phương pháp kết
hợp kết hợp rung siêu âm với khoan truyền thống nên có thể gia công hiệu quả
với cả vật liệu dòn và vật liệu dẻo. Nhiều nghiên cứu khác nhau đã có nhiều cải
tiến đáng kể về lực dọc trục khi khoan, kích thước các ba via, mài mòn mũi
khoan, giảm ồn, chất lượng bề mặt sau khoan.
Chang và Bone đã chỉ ra rằng khoan nhôm với rung siêu âm có thể giảm
đáng kể các ba via [9]. Neugebauer và Stoll đã thực nghiệm và chỉ ra rằng khi
khoan siêu âm hợp kim nhôm thì cả lực cắt và mô men đều giảm đến 30-50%,
lực cắt tác dụng lên lưỡi cắt chính cũng giảm làm tăng tuổi thọ dụng cụ cắt lên
đến 20 lần so với khoan truyền thống. Zhang và các cộng sự đã nghiên cứu lý
thuyết và thực nghiệm để chỉ ra rằng, tồn tại một điều kiện cắt tối ưu để giảm
thiểu lực cắt và mô men xoắn khi khoan [10]. Còn Onikura và các cộng sự đã sử
dụng một Piezoelectric (PZT) để tạo ra được tần số rung 40 kHz cho trục mũi
khoan. Họ thấy rằng, việc sử dụng rung siêu âm đã làm giảm ma sát giữa phoi và
mặt trước dụng cụ, điều này làm cho phoi mỏng hơn nên lực cắt sẽ nhỏ hơn [11,
Thực hiện: Phan Văn Nghị

13


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

12]. Jin và Murakawa thấy rằng, mẻ lưỡi cắt có thể được ngăn ngừa hiệu quả với
việc áp dụng rung siêu âm và do vậy tăng được tuổi thọ dụng cụ cắt. Takeyama
và Kato thấy rằng, lực cắt trung bình khi khoan cũng giảm khi kết hợp với rung
siêu âm. Phoi khi khoan mỏng hơn và dễ bóc tách hơn. Các ba via hình thành ở
phần vào và ra giảm rất nhiều do lực cắt thấp [13].
Như vậy, nói chung chất lượng tổng thể của phương pháp khoan được cải
thiện đáng kể với sự trợ giúp của rung siêu âm. Việc sử dụng rung siêu âm trong
các quá trình gia công đã tạo ra nhiều ưu thế cho gia công các loại vật liệu khó
gia công. Tuy nhiên, để tạo ra được quá trình khoan tích hợp siêu âm, cần phải có
thiết bị tạo siêu âm gồm các tấm Piezoelectric và máy phát xung. Các thiết bị này
đắt tiền và lắp nối khá phức tạp. Nhiều tác giả nghiên cứu và thấy rằng, gia công
tích hợp rung tần số thấp cũng cải thiện đáng kể hiệu quả quá trình gia công, nhất
là khi khoan vật liệu dẻo như nhôm và hợp kim nhôm [6, 7].
Các kết quả cho thấy gia công bằng khoan có rung động trợ giúp cải thiện
điều kiện thoát phoi, giảm lực cắt, tăng tuổi bền mũi khoan, giảm độ méo lỗ
khoan. Tuy vậy, các thiết bị tạo rung nói trên có kết cấu cồng kềnh, phức tạp và
đắt tiền. Chính vì vậy, ứng dụng khai thác ưu điểm của rung động trợ giúp gia
công khoan vẫn chưa được phổ biến, đặc biệt là ở Việt Nam, khi mà điều kiện
mua sắm các thiết bị tinh xảo rất khó khăn. Đề tài “ Thiết kế, chế tạo cơ cấu
tạo rung động trợ giúp gia công cơ” này được thực hiện nhằm hiện thực hóa
việc khai thác cơ cấu rung tần số thấp, sử dụng kết cấu bánh lệch tâm, có giá
thành thấp cho gia công khoan lỗ sâu trên hợp kim nhôm. Các kết quả được phân
tích cho thấy chất lượng lỗ khoan được cải thiện rõ rệt so với khoan thông
thường.
0.3. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của đề tài này là chủ động công nghệ nhằm thiết kế chế tạo
bộ tạo rung động trợ giúp cho nguyên công khoan nhằm khẳng định tính ưu việt
của phương pháp gia công có rung động trợ giúp và hiện thực hóa phương pháp
gia công tiên tiến này ở Việt Nam. Năng suất, độ tròn và độ thẳng của lỗ khoan

Thực hiện: Phan Văn Nghị

14


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

được chọn là các chỉ tiêu chủ yếu đánh giá ưu việt của khoan có rung động trợ
giúp so với khoan truyền thống. Các mục tiêu cụ thể của đề tài là:
1. Đánh giá tính khả thi của gia công khoan có rung động trợ giúp;
2. Thiết kế, chế tạo được bộ tạo rung động trợ giúp cho khoan;
3. Tiến hành thí nghiệm khoan có rung động trợ giúp để so sánh năng
suất và chất lượng quá trình khoan này với quá trình khoan thường.
0.4. Các kết quả đã đạt được
Đề tài lựa chọn, thiết kế và chế tạo được 2 cơ cấu tạo rung động trợ giúp cho
khoan theo 2 nguyên lý tạo rung động là rung dựa trên nguyên lý li tâm cơ khí
(tần số thấp) và rung siêu âm (tần số cao). Các thí nghiệm đã được thực hiện để
kiểm nghiệm cơ cấu tạo rung và tính ưu việt của khoan có rung động trợ giúp.
Các kết quả mà đề tài đã đạt được bao gồm:
1. Tổng quan cơ sở, nghiên cứu đã triển khai về rung động trợ giúp
khoan;
2. Thiết kế, chế tạo được 2 cơ cấu tạo rung: cơ cấu tạo rung theo
nguyên lý li tâm cơ khí và cơ cấu tạo rung dựa trên hiệu ứng áp điện;
3. Vận hành, thí nghiệm khoan với sự trợ giúp của rung động bằng cơ
cấu tạo rung theo nguyên lý li tâm cơ khí;
4. Khẳng định được ưu điểm vượt trội của khoan có rung động trợ giúp
so với khoan thường thông qua các số liệu thực nghiệm;
5. Khái quát hóa khả năng chủ động công nghệ tạo rung hỗ trợ khoan

các vật liệu dẻo;
6. Công bố 01 bài báo ("Khoan lỗ sâu trên hợp kim nhôm có trợ giúp
của rung động tần số thấp") trên tạp chí Khoa học và Công nghệ các
trường Đại học Kỹ thuật, số 95.
0.5. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần giới thiệu và phần kết luận chung, luận văn được chia thành 4
chương với các nội dung cơ bản từng chương như sau:
Trong chương 1, tổng quan về gia công có rung động trợ giúp với các ưu việt
nổi trội của phương pháp này sẽ được trình bày. Phần cốt lõi của chương chính là
Thực hiện: Phan Văn Nghị

15


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

so sánh các phương pháp tạo rung động, kết hợp với điều kiện thực tế để lựa
chọn phương pháp tạo rung để thiết kế, chế tạo và thử nghiệm.
Chương 2 tóm tắt các dạng ứng dụng của nhôm và hợp kim nhôm trong công
nghiệp. Các khó khăn khi khoan nhôm, hợp kim nhôm và hướng xử lý các khó
khăn đó bằng phương pháp khoan có rung động trợ giúp cũng được phân tích cụ
thể.
Nguyên lý làm việc, thiết kế mô hình và các bước thiết kế cũng như chế
tạo các chi tiết của cơ cấu tạo rung động đặt lên phôi khi khoan được trình bày
trong chương 3. Nguyên tắc thiết kế, chế tạo hai cơ cấu tạo rung theo hai phương
pháp tạo rung động là phương pháp tạo rung động bằng li tâm cơ khí và phương
pháp tạo rung động bằng các PZT được diễn đạt chi tiết. Các bước lắp ghép các
chi tiết máy để hoàn chỉnh cơ cấu tạo rung động hoàn chỉnh cũng được trình bày

trong chương này.
Chương 4 trình bày cách thức thiết kế, triển khai, thu thập và phân tích số liệu
thí nghiệm. Ưu việt của khoan có rung động trợ giúp so với khoan thường được
phân tích thông qua các thí nghiệm so sánh đối chứng.
Các kết luận và đề xuất nghiên cứu tiếp theo được trình bày trong phần cuối
cùng của luận văn.

Thực hiện: Phan Văn Nghị

16


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CÓ RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP
1.1. Giới thiệu
Chương này trình bày tổng quan về gia công có rung động trợ giúp với
các ưu việt nổi trội của nó. So sánh các phương pháp tạo rung động, kết hợp với
điều kiện thực tế để lựa chọn phương pháp tạo rung để thiết kế, chế tạo và thử
nghiệm.
Phần 1.2 giới thiệu lịch sử, bối cảnh và sự cần thiết của việc xuất hiện
phương pháp gia công có rung động trợ giúp. Phần 1.3 thể hiện các kiểu tích hợp
rung động khi gia công theo phương pháp này. Phần 1.4 giới thiệu về các phương
pháp tạo rung đã được áp dụng trong công nghiệp. Phần 1.5 đưa ra các so sánh về
các phương pháp tạo rung đó và quyết định chọn phương pháp để thiết kế, chế
tạo và thử nghiệm. Phần cuối cùng của chương chính là tóm tắt các kết luận
chính của chương này.

1.2. Lịch sử ngành gia công có rung động trợ giúp
Gia công chất lượng cao các loại vật liệu khó gia công như WC, thủy tinh,
gốm sứ, các hợp kim trên nên Ni và Ti, thép đã tôi và thép không gỉ...chính là
một trong những hướng tiếp cận chính của ngành công nghiệp chế tạo. Những
loại vật liệu này sở hữu những đặc tính vật lý, cơ học, nhiệt học và hóa học riêng
biệt và đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp chế tạo, công
nghiệp hàng không, công nghiệp hóa học và nhiều ngành khác. Chẳng hạn như
Thực hiện: Phan Văn Nghị

17


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

các loại dụng cụ cắt, khuôn mẫu, các thiết bị quang học, thiết bị điện, các bộ
phận của máy bay, các bộ phận có độ bền tiếp xúc cao, các bộ phận cho lò phản
ứng hạt nhân và các thiết bị dùng trong gia đình...Tuy nhiên, các phương pháp
gia công truyền thống không thể sử dụng cho việc gia công chính xác các loại vật
liệu này (Kumabe và cộng sự, 1989; Xiao và cộng sự, 2003; Shamoto và
Moriwaki, 1994; Suzuki và cộng sự, 2004 và 2007). Trong các phương pháp gia
công truyền thống, hầu hết các loại vật liệu khó gia công này gây ra các vấn đề
khi gia công như rung động, lẹo dao, biến dạng phoi và mòn dụng cụ cắt do các
đặc tính cứng và giòn trên bề mặt gia công, độ bền cơ học, hóa học cao và khả
năng dẫn nhiệt kém của vật liệu gia công (Liu và cộng sự, 2002; Xiao và cộng
sự, 2003; Baibtsky và cộng sự, 2004; Suzuki và cộng sự, 2004 và 2007), điều này
làm cản trở quá trình gia công. Chẳng hạn, ống dẫn hướng của máy ảnh chính là
một bộ phận rất mỏng với yêu cầu độ nhẵn bề mặt trong phạm vi 0.8µm để có thể
xoay và trượt thấu kính, không thể được chế tạo bằng các phương pháp gia công

truyền thống (Gao và cộng sự, 2003). Ngoài ra, với các trường hợp gia công các
loại vật liệu nhẹ, phương pháp tiện truyền thống bằng dao kim cương không thể
cho độ chính xác như yêu cầu (Kim và Choi, 1997). Tương tự, thủy tinh và các
loại gốm yêu cầu một quá trình gia công lại như đánh bóng, mài, mài nghiền và
mài bóng cho bề mặt cuối cùng, do vậy làm tăng thời gian và giá thành gia công
và tất nhiên làm giảm năng suất gia công (Shamoto và cộng sự, 2007).
Các phương pháp gia công tiên tiến như µ-EDM, ăn mòn hóa học, công
nghệ laze, mài ELID, USM, gia công điện- hóa học (ECM), đánh bóng hóa- cơ
học...có thể áp dụng để gia công các loại vật liệu khó gia công khác nhau. Tuy
nhiên, chúng không đảm bảo vấn đề kinh tế khi gia công bởi vì năng suất gia
công rất thấp và chi phí gia công cao. Hơn nữa, µ-EDM, ăn mòn hóa học và các
công nghệ laze không thể ứng dụng để gia công các bề mặt bóng như gương
(Suzuki và cộng sự, 2007). Ngoài ra, các phương pháp như mài ELID, USM và
đánh bóng không thể ứng dụng để gia công chính xác với các biên sắc cạnh và
các mặt 3D phức tạp (Shamoto và cộng sự, 2005; Suzuki và cộng sự, 2007).
Kỹ thuật cắt tích hợp rung (Ultrasonic vibration cutting – UVC) chính là một
Thực hiện: Phan Văn Nghị

18


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

quá trình cắt tiên tiến đã được ứng dụng từ những năm 1960 bởi Voronin và
Marknov. Trong kỹ thuật cắt này, dụng cụ cắt truyền thống dao động với tần số
siêu âm bởi đặc tính của các PZT(Voronin và Marknov, 1960; Isaev và Anokhin,
1961; Skelton 1968 & 1969, và các tác giả khác). Do có sự chuyển động gián
đoạn giữa dụng cụ cắt và phôi nên lực cắt giảm rõ rệt, làm tăng tuổi thọ dụng cụ

cắt và cải thiện được tính ổn định khi cắt cũng như độ chính xác gia công, chất
lượng bề mặt...(Skelton 1969; Kumabe và cộng sự, 1984 & 1989; Kim và Choi,
1997; Shamoto và Moriwaki, 1994; Xiao và cộng sự’ 2002; Suzuki và cộng sự,
2004; Ma và công sự). Khi các chi tiết với các bề mặt cần gia công tinh có thể
được sản xuất bằng hệ thống phôi – dụng cụ cắt đơn lẻ thì kỹ thuật cắt gọt này
giảm được cả thời gian gia công (5-10 %) và giá thành gia công (gần 30%) và tất
nhiên làm tăng năng suất gia công (Ma và cộng sự, 2004). Các nghiên cứu còn
chỉ ra rằng, dụng cụ kim cương có thể ứng dụng trong kỹ thuật UVC (gia công
siêu âm) để gia công chính xác thép không gỉ, thép làm khuôn, trong khi các
phương pháp truyền thống rất khó thực hiện do tác động hóa học cao hơn giữa
kim cương và Các bon (Moriwaki và Shamoto, 1991; Shamoto và cộng sự,
1997& 1999). Hơn nữa, kỹ thuật UVC có thể khắc phục được các khó khăn về
tính kinh tế trong các phương pháp gia công truyền thống như đã được đề cập ở
trên và nó còn có thể nhận được độ chính xác gia công cao cho nhiều loại vật liệu
gia công khác nhau (Skelton và cộng sự, 1969; Kumabe và cộng sự, 1979; Gao
và cộng sự, 2002; Shamoto và Moriwaki, 1994; Baibitsky và cộng sự 2002;
Suzuki và cộng sự, 2004 & 2007). Với các lý do đó, công nghệ UVC đã nhận
được rất nhiều sự quan tâm từ các nhà nghiên cứu và các nhà chế tạo trong tất cả
các công nghệ gia công.
Ngày nay, nguyên lý của kỹ thuật UVC đang được kết hợp với các phương
pháp gia công khác, như khoan, phay, mài, µ-EDM, mài giũa, đánh bóng...để tạo
ra các lợi ích mong muốn (Guo và cộng sự, 1997; Egashira và cộng sự, 2002;
Gao và Liu, 2003; Moriwaki và cộng sự, 2004; Jaitana và cộng sự, 2004 & 2005;
Suzuki và cộng sự, 2006) [5].
1.3. Các phương pháp gia công có rung động trợ giúp
Thực hiện: Phan Văn Nghị

19

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

1.3.1. Phương pháp cắt tích hợp siêu âm kiểu truyền thống (CUVC)
Kỹ thuật CUVC (Conventional Ultrasonic Vibration Cutting) lần đầu tiên
được đề xuất bởi Voronin và Marknov năm 1960. Trong 3 hướng rung có thể
được cung cấp trên đầu dụng cụ cắt bởi các cơ cấu rung áp điện- PZT, như được
thể hiện trên hình 1.1, chỉ có hướng tiếp tuyến với chi tiết thường được các nhà
nghiên cứu sử dụng để thực nghiệm. Để đơn giản, gọi đây là phương pháp UVC
(Ultrasonic Vibration Cutting). Tuy nhiên, không ít các nhà nghiên cứu
(Balamuth, 1966; Skelton, 1969; Kim và Choi, 1997; và Astachev và Babitsky,
1998) đã thực hiện các thực nghiệm trên hướng rung theo phương chạy dao và
thấy rằng năng suất cắt không được cải thiện rõ ràng khi so sánh với phương
pháp UVC tiếp tuyến.

Hình 1.1. Mô hình đặt rung động vào hệ thống gia công

Không có một nghiên cứu nào sử dụng UVC theo phương hướng kính chi
tiết bởi vì rung động theo hướng này không khả thi khi cắt vật liệu. Trong nhiều
nghiên cứu, UVC theo phương tiếp tuyến được sử dụng. Trong 3 thập kỷ gần
nhất, phương pháp CUVC đã được ứng dụng thành công cho nhiều loại vật liệu
khó gia công khác nhau bởi nhiều nhà nghiên cứu (Kumabe và cộng sự, 1984 &
1989; Babitsky và cộng sự, 2003 & 2004; Zhou và cộng sự, 2002; Kim và choi,
1997; Gao và cộng sự, 2002; Xiao và cộng sự, 2002). Trong phương pháp này,
tần số siêu âm khoảng 20 kHz và biên độ rất nhỏ, khoảng 10-15 µm được đặt lên
chuyển động liên tục của dụng cụ cắt (Babitsky và cộng sự, 2002). Tốc độ cắt
trong kỹ thuật UVC được đặt thấp hơn tốc độ rung lớn nhất của dụng cụ để dụng

Thực hiện: Phan Văn Nghị

20


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

cụ có thể tách ra khỏi bề mặt phôi gia công trong từng chu kỳ rung. Do sự tiếp
xúc không liên tục giữa dụng cụ cắt và phôi, lực cắt trong phương pháp này giảm
đến khoảng vài lần khi so sánh với phương pháp truyền thống và tuổi thọ dụng
cụ lớn hơn, quá trình cắt ổn định hơn và chất lượng bề mặt cao hơn [5].
1.3.2. Phương pháp cắt tích hợp rung siêu âm kiểu elip (UEVC)
Phương pháp UEVC(hoặc 2-D UVC) lần đầu tiên được đề xuất bởi
Shamoto và Moriwaki vào năm 1993. Phương pháp này đã phát triển để trở thành
một công nghệ hứa hẹn vượt trội hơn nhiều so với các phương pháp CC (gia
công truyền thống) và CUVC và lợi ích hơn nhiều so với các phương pháp gia
công tiên tiến khác cho việc gia công siêu chính xác các loại vật liệu khó gia
công. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật cắt này là dụng cụ cắt rung trong theo quỹ
tích hình elip trong mặt phẳng tạo bởi phương cắt gọt và hướng của dòng phoi,
như được thể hiện trên hình 1.2. Do vậy, mặt trược dụng cụ cắt có thể tương trợ
để kéo các phoi ra từ phôi trong chuyển động thẳng đứng của nó thuộc rung
động. Ngoài ra, ma sát giữa mặt trước dụng cụ cắt và phoi trong hướng chuyển
động thẳng của dụng cụ cắt trong mỗi chu kỳ rung cũng giảm làm giảm đáng kể
lực cắt và năng lượng để cắt (Shamoto và Moriwaki, 1994; và Ma và cộng sự,
2004), làm tăng tuổi thọ dụng cụ cắt và cải thiện được công suất cắt trong tất cả
các khía cạnh (Shamoto và cộng sự, 1997 & 2005).

Hình 1.2. Mô hình cắt rung theo kiểu elip [5]

1.3.3. So sánh giữa các phương pháp: cắt truyền thống (CC), CUCV và
UECV
Qua các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã thực hiện, lực cắt, mòn
Thực hiện: Phan Văn Nghị

21


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

dụng cụ cắt, tuổi bền dụng cụ cắt, chiều dày phoi, vấn đề giảm ba via, độ tròn của
chi tiết cũng như độ nhẵn bề mặt gia công đạt được đã được so sánh giữa các
phương pháp gia công: phương pháp gia công truyền thống, phương pháp gia
công tích hợp rung truyền thống và phương pháp gia công tích hợp rung kiểu
elip.
Các kết quả đã cho thấy, phương pháp gia công truyền thống tồn tại nhiều
nhược điểm như lực cắt lớn, gây mòn nhanh dụng cụ cắt và giảm tuổi bền của
dụng cụ cắt; chiều dày phoi còn chưa cải thiện được, trong khi chất lượng chi tiết
sau gia công còn chưa cao. Trong khi đó, áp dụng phương pháp gia công tích hợp
rung, mà đặc biệt là phương pháp gia công tích hợp rung kiểu elip, chất lượng và
hiệu quả của quá trình gia công được cải thiện rất đáng kể. So sánh cụ thể được
thể hiện trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. So sánh các phương pháp gia công tích hợp rung siêu âm
STT

Phương pháp
Thôngsố

Gia công
truyền thống

Gia công với

Gia công với

rung siêu âm

rung siêu âm

1
2
3
4
5

Lực cắt
Mòn dụng cụ cắt
Tuổi bền
Chiều dày phoi
Sự khử ba via

Rất cao
Rất cao
Rất thấp
Lớn
Không

truyền thống

Thấp
Thấp
Cao
Trung bình
Trung bình

6

Độ tròn của chi tiết

Thấp

Hợp lý

7

Độ nhẵn bề mặt, Ra

> 1 µm

Có thể < 0.1
µm

kiểu elip
Rất thấp
Rất thấp
Rất cao
Rất nhỏ
Cao
Độ chính xác

cao
< 0.1 µm

1.4. Các phương pháp tạo rung động trợ giúp gia công
Để thiết kế, chế tạo bộ tạo rung, cần thiết phải lựa chọn được nguyên lý
tạo rung động. Theo các nguyên lý khác nhau, hiện nay có 5 phương pháp tạo
rung động đã được ứng dụng nhiều trong công nghiệp gồm: tạo rung bằng ly tâm
cơ khí, bằng truyền dẫn lệch tâm (khứ hồi), bằng truyền dẫn khí nén hay thủy
lực, bằng điện từ và bằng siêu âm.
1.4.1. Tạo rung động bằng li tâm cơ khí

Thực hiện: Phan Văn Nghị

22


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

Hình 1.3. Nguyên lý hình thành lực ly tâm

Sơ đồ trên dựa trên nguyên lý tạo rung bằng lực li tâm do bánh lệch tâm quay
do Tasaplin đề xuất vào năm 1949 [14]. Cho một khối lượng lệch tâm m (kg) đặt
cách tâm quay một khoảng r (m), quay với vận tốc góc không đổi ω (rad/s); giá
trị lực ly tâm tác dụng lên trục quay sẽ là:
Flt = m.ω 2 .r (N)

(1.1)

Vec-tơ lực ly tâm này có phương thay đổi đều trong mặt phẳng vuông góc
với trục quay. Thành phần lực chiếu lên một phương bất kỳ được xác định theo
công thức:
F = Flt . cos(φ + ωt ) (N)

(1.2)

Khi chiếu lên phương thẳng đứng, thành phần lực này có dạng:

FR = mrω 2 cos( ωt + ϕ ) + Mg = A cos( ωt + ϕ ) + B

(1.3)

Trong đó: M là khối lượng của cả cơ cấu.
g là gia tốc trọng trường.
A là đại lượng đặc trưng cho biên độ dao động của cơ cấu.
B là trọng lực có vai trò như một thành phần lực tĩnh.
Dễ thấy, giá trị lực tác dụng theo một phương xác định là một vector điều
hòa, thay đổi theo chu kỳ.
Nếu gắn phần lực này lên bộ phận cần rung, rung động sẽ được tạo ra với
tần số f và biên độ A được xác định như sau:
- Tần số rung f (Hz): f = n/60
Thực hiện: Phan Văn Nghị

(1.4)
23


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

Với n là tốc độ quay của khối lượng m quanh trục quay (v/ph)
- Biên độ rung A (mm) chính là li độ dao động lớn nhất của bộ phận rung. Biên
độ A sẽ được xác định khi xây dựng kết cấu và đặc tính của cơ cấu rung.
1.4.2. Tạo rung động bằng lực từ trường

UDC

A, f

UAC

`

a

b

Hình 1.4. Nguyên lý tạo rung bằng lực từ trường

Để tạo ra rung động bằng lực từ trường, sử dụng nguyên lý dao động từ
trường để tạo ra lực hút, đẩy theo chu kỳ thay đổi của chiều từ trường trong các
nam châm điện. Đây là nguyên lý tạo rung đã được Franca và Weber đề xuất
[15]. Như vậy, có thể sử dụng nguyên lý này để tạo rung khi gia công như được
thể hiện trên hình 1.4.a. Trên hình này, sử dụng một nam châm điện xoay chiều
để tạo ra lực từ xoay chiều. Nam châm điện xoay chiều này được tạo ra bằng
cách dùng một ống dây quấn quanh một lõi thép kỹ thuật điện (thép Si), rồi nối 2
đầu cuộn dây với một nguồn điện áp xoay chiều (U AC). Như vậy, với nam châm
này, có thể tạo ra lực từ thay đổi chiều theo tần số dòng điện. Để tiếp nhận lực

hút, đẩy thay đổi này, bố trí một nam châm vĩnh cửu đặt đối diện nam châm điện
xoay chiều này. Nam châm vĩnh cửu có cấu tạo giống với nam châm điện xoay
chiều, nhưng nguồn cung cấp cho nó phải là nguồn điện một chiều (U DC). Khi cố
định nam châm xoay chiều và gắn nam châm vĩnh cửu với phôi gia công ở trạng
thái có thể di chuyển, lực từ thay đổi sẽ hút, đẩy nam châm vĩnh cửu, dẫn đến
phôi gia công sẽ dao động (rung) theo tần số thay đổi chiều của lực. Một thiết bị
tạo rung theo nguyên lý này được mô tả trên hình 1.4.b. Trên hình này,
Thực hiện: Phan Văn Nghị

24


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật

Chuyên ngành: CN-CTM

nam châm điện 1 với các cuộn dây 4 lắp vào thanh ngang 8. Lõi 2 lắp trên khung.
Thanh 8 được đỡ trên khung bằng các lò xo 5. Dây điện hình lò xo cấp điện cho
cuộn dây 4. Điều chỉnh khe hở giữa các cực bằng đai ốc 6. Điều chỉnh bộ rung
bằng chi tiết 7 lắp trên stator.
Thông số rung gồm biên độ A phụ thuộc vào độ lớn lực từ và các đặc tính
cơ học của hệ thống; còn tần số rung f phụ thuộc vào tần số dòng điện xoay chiều
đưa vào nam châm điện xoay chiều. Với nguyên lý như vậy, để tạo được rung
động trên phôi gia công, cần bố trí một cơ cấu tạo rung sử dụng nam châm điện
được thể hiện trên hình 1.5.

Hình 1.5. Cơ cấu tạo rung động bằng lực từ trường

Cơ cấu này gồm một bệ cơ sở để cố định 4 trục ren xỏ 4 lò xo đàn hồi để
duy trì lực rung, đồng thời cố định nam châm điện xoay chiều và kẹp toàn bộ cơ

cấu rung lên bàn máy gia công. Để tạo được rung động trên phôi, gắn phôi lên
một tấm gá gắn chặt với nam châm điện một chiều (nam châm này dao động do
lực từ do nam châm điện xoay chiều tác dụng lên) và toàn bộ tấm gá này được
đặt lên 4 lò xo trên để duy trì rung động.
1.4.3. Tạo rung động bằng truyền dẫn lệch tâm (khứ hồi)
Thiết bị này gồm các cơ cấu cơ khí biến chuyển động quay thành chuyển
động đi lại (khứ hồi), dùng cho các máy rung tần số thấp.

Thực hiện: Phan Văn Nghị

25