Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu ứng dụng hỗ trợ của đầu rung siêu âm trong gia công tiện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thiết kế, chế tạo đồ gá rung
siêu âm cho bàn xe dao máy
tiện
Hoàng Thế Cường
Vũ Minh Giáp


Nguyễn Tất Tường


Ngành Kỹ Thuật Cơ Khí
Chuyên ngành Cơ khí Chính xác và Quang học
Giảng viên hướng dẫn:

PGS.TS.VŨ TỒN THẮNG

Bộ mơn:

Cơ khí Chính xác và Quang học

Viện:

Cơ khí

Chữ ký của GVHD

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

HÀ NỘI, 1/2021

LỜI CẢM ƠN
Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS.Vũ Tồn Thắng đã tận
tình hướng dẫn, truyền đạt cho em kiến thức và giúp đỡ triển khai những ý tưởng
thiết kế, thực nghiệm trong suốt thời gian em thực hiện đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ giáo bộ mơn Cơ khí chính xác và
Quang học, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã truyền đạt cho
em những kiến thức, những thành tựu khoa học của xã hội và của ngành để em
có thể thực hiện đề tài này.
Cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy cơ giáo và các bạn cho việc thực
hiện đồ án này. Trong thời gian làm đồ án do thời gian và kiến thức cịn hạn chế
nên khơng thể tránh khỏi những thiếu xót, em rất mong nhận được những lời góp
ý từ thầy cơ và các bạn để đồ án được hồn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày tháng 1 năm 2021

2


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng
Sinh viên thực hiện

3


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Tồn Thắng

Tóm tắt nội dung đồ án
Gia cơng cắt gọt có sự trợ giúp của rung động đã được khẳng định có nhiều
ưu điểm nổi trội so với gia công truyền thống. Một vấn đề tồn tại khi khai thác
rung động trợ giúp gia cơng tiện là khó bố trí đầu rung – thường có kích thước
lớn hơn nhiều so với kích thước gia cơng.
Đồ án này trình bày kết quả nghiên cứu và triển khai thiết kế, chế tạo và đánh
giá thực nghiệm bộ đồ gá rung siêu âm có gắn dụng cụ cắt hỗ trợ quá trình tiện
mặt đầu.
Một bộ đồ gá rung siêu âm mang dao tiện có kết cấu thuận tiện cho việc gá
kẹp trên đài dao máy tiện đã được thiết kế, chế tạo và thử nghiệm. Đồ gá được
phân tích về tần số cộng hưởng, và biên độ rung động tại vị trí đầu dụng cụ nhờ
phương pháp Phần tử hữu hạn trên phần mềm Ansys 19.2.
Đồ gá đã chế tạo được sử dụng để gia công thử nghiệm tiện mặt đầu trên vật
liệu thép C45, đường kính 24 mm, có độ cứng 23 HRC. Kết quả cho thấy, rung
động trợ giúp gia cơng cải thiện ít nhất 1 cấp nhám so với tiện truyền thống
(khơng có rung động trợ giúp).

4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

MỤC LỤ

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU................................................................................9
1.1. Giới thiệu chung.....................................................................................9
1.2. Mục tiêu thiết kế..................................................................................10
1.3. Cách tiếp cận........................................................................................11
1.4. Các kết quả đạt được............................................................................11
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ RUNG ĐỘNG SIÊU ÂM TRỢ GIÚP GIA
CÔNG................................................................................................................12
2.1. Nguyên tắc tạo rung động siêu âm.......................................................12
2.1.1.
Rung động siêu âm......................................................................12
2.1.2.
Siêu âm công suất........................................................................13
2.1.3.
Nguyên tắc tạo rung động siêu âm...............................................13
2.2. Nguyên tắc truyền rung động siêu âm..................................................16
2.3. Các thông số công nghệ.......................................................................21
2.3.1. Năng suất gia công siêu âm............................................................................... 21
2.3.2. Chất lượng bề mặt gia công siêu âm..............................................................21
2.3.3. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng....................................................................... 22
2.3.4. Độ chính xác gia cơng........................................................................................ 22
2.4. Một số ứng dụng siêu âm trong kỹ thuật..............................................23
2.4.1. Làm sạch, tẩy rửa bằng siêu âm..........................................................23
2.4.2. Hàn siêu âm (Ultrasonic welding).....................................................25
2.4.3. Chế biến, bảo quản thực phẩm bằng siêu âm......................................26
2.4.4. Kiểm tra khuyết tật sản phẩm, thăm dị bằng sóng siêu âm................27
2.4.5. Siêu âm trong y học............................................................................28
2.5. Rung động siêu âm trợ giúp gia cơng...................................................28
2.5.1. Khoan có rung động siêu âm trợ giúp.................................................30

2.5.2. Phay có rung động siêu âm trợ giúp....................................................31
2.5.3. Tiện có rung động siêu âm trợ giúp....................................................32
2.6. Hệ thống thiết bị tạo rung trợ giúp gia công.........................................34
2.6.1. Nguồn phát công suất siêu âm............................................................35
2.6.2. Bộ chuyển đổi siêu âm (Ultrasonic Transducer/ Convertor)...............37
2.6.2.1. Chức năng....................................................................................37
2.6.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động...................................................37
2.6.2.3. Cơ sở thiết kế bộ chuyển đổi siêu âm kiểu Langevin...................39
2.6.3. Đầu khuếch đại biên độ rung (Booster và Horn)................................44
2.6.3.1. Chức năng, cấu tạo.......................................................................44
2.6.3.2. Cơ sở lý thuyết tính tốn đầu khuếch đại biên độ rung.................46

5


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

2.7.Kết luận chương....................................................................................54
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ KẾT CẤU ĐỒ GÁ...........................55
3.1. Giới thiệu.............................................................................................55
3.2. Nguyên lý cấu trúc bộ tạo rung trợ giúp quá trình tiện.........................56
3.3. Lựa chọn bộ phát rung siêu âm thương mại.........................................57
3.4. Thiết kế đầu khuếch đại biên độ rung dạng trụ....................................58
3.5. Thiết kế kết cấu đồ gá mang cơ cấu rung cho q trình tiện................58
3.6. Mơ hình phân tích các bộ phận cho cơ cấu rung siêu âm.....................59
3.6.1. Phân tích phần tử................................................................................59
3.6.2. Mơ hình phân tích tần số dao động riêng ( Modal Analysis)..............60
3.6.3. Mơ hình phân tích ứng xử điều hịa (Harmonic response analysis)....64

3.6.4. Kết quả mơ phỏng...............................................................................65
3.7. Kết luận chương...................................................................................67
CHƯƠNG 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẦN SỐ, BIÊN ĐỘ
RUNG................................................................................................................. 69
4.1. Giới thiệu.............................................................................................69
4.2. Xác định tần số cộng hưởng.................................................................69
4.2.1. Phương pháp xác định mạch cầu........................................................69
4.2.2. Sử dụng mạch đo độ lệch pha giữa điện áp với dòng điện (I-V
Methods)......................................................................................................70
4.2.3. Phương pháp cầu tự cân bằng (Auto-balancing bridge method).........71
4.2.4. Sử dụng thiết bị phân tích trở kháng thương mại TRZ Horn Analyzer
...................................................................................................................... 71
4.3. Đánh giá biên độ rung động.................................................................72
4.3.1. Phương pháp đo không tiếp xúc.........................................................73
4.3.1.1.Phương pháp đo trực tiếp biên độ bằng kính hiển vi.....................73
4.3.1.2. Sử dụng thước đo Laser................................................................73
4.3.2. Phương pháp đo tiếp xúc....................................................................74
4.3.2.1. Sử dụng cảm biến khoảng cách....................................................74
4.3.2.2. Sử dụng đồng hồ so......................................................................75
4.3.2.3. Sử dụng panme đo ngồi..............................................................75
CHƯƠNG 5. THỰC NGHIỆM GIA CƠNG ĐÁNH GIÁ ĐỒ GÁ RUNG
SIÊU ÂM............................................................................................................ 77
5.1. Giới thiệu về vật liệu sử dụng..............................................................77
5.2.Thiết bị thí nghiệm................................................................................78
5.2.1. Máy tiện..............................................................................................78
5.2.2. Mẫu thí nghiệm...................................................................................79
5.2.3. Qúa trình thực nghiệm........................................................................79

6

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

5.3. Các bước tiến hành...............................................................................81
5.4. Kết quả thực nghiệm............................................................................82
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT.......................................................84
Tài liệu tham khảo ………………………………………………………...85

Danh mục hình ản
Hình 2.1 Các ngưỡng tần số rung........................................................................12
Hình 2.2 Mạch từ giả tạo rung siêu âm...............................................................14
Hình 2.3 Ảnh hưởng của từ trường biến đổi đến cấu trúc vật liệu mang từ tính tạo
ra dao động cơ học..............................................................................................14
Hình 2.4 Hiệu ứng áp điện..................................................................................15
Hình 2.5 Bộ tạo rung dùng tấm piezo nhiều lớp (a) và bộ tạo rung kết cấu
Sandwich (b).......................................................................................................15
Hình 2.6 Mơ hình liên kết nguyên tử...................................................................16
Hình 2.7 Hình dạng một số mode truyền sóng....................................................18
Hình 2.8 Bể rửa siêu âm......................................................................................24
Hình 2.9 Hiệu quả làm sạch rửa siêu âm so với các phương pháp rửa truyền
thống................................................................................................................... 24
Hình 2.10 Quá trình hình thành và phát triển bóng khí.......................................25
Hình 2.11 Sơ đồ hệ thống hàn siêu âm................................................................25
Hình 2.12 Dụng cụ thái lát bánh nhờ siêu âm.....................................................26
Hình 2.13 Kiểm tra khuyết tật nhờ siêu âm.........................................................27
Hình 2.14 Nguyên lý siêu âm khảo sát địa chất đáy biển và dò tìm đàn cá.........27
Hình 2.15 Dao mổ siêu âm..................................................................................28
Hình 2.16 Một số mơ hình gia cơng có rung động siêu âm trợ giúp....................30

Hình 2.17 Các phương án bổ sung rung động trong q trình khoan..................30
Hình 2.18 So sánh độ trịn lỗ khoan (a) và lực dọc trục (b) giữa khoan siêu âm so
với khoan truyền thống.......................................................................................31
Hình 2.19 Sơ đồ bổ sung rung động cho phay.....................................................32
Hình 2.20 Các kiểu bổ sung rung động siêu âm trợ giúp dao tiện.......................32
Hình 2.21 Sơ đồ kĩ thuật rung 2D.......................................................................33
Hình 2.22 Sơ đồ cấu tạo chung một hệ thống rung hỗ trợ gia cơng.....................35
Hình 2.23 Máy phát điện siêu âm MPI_ WG3000W...........................................36
Hình 2.24 Cấu trúc bộ tạo rung siêu âm kiểu Langevin......................................38
Hình 2.25 Các dạng kết cấu đầu chuyển đổi rung động siêu âm khác.................38
Hình 2.26 Mơ hình 3D bộ chuyển đổi siêu âm kiểu Langevin (Ultrasonic
transducer)........................................................................................................... 39
Hình 2.27 Sơ đồ tính bộ tạo rung siêu kiểu Langevin.........................................40
Hình 2.28 Mạch vịng Mason của bộ phát rung siêu âm......................................43
Hình 2.29 Vai trị của "hộp số" Booster...............................................................45
Hình 2.30 Khả năng khuếch đại biên độ của đầu Booster nối tiếp Horn.............45
Hình 2.31 Hình dáng một số đầu khuếch đại biên độ..........................................46
Hình 2.32 Sơ đồ tính truyền sóng cho thanh tiết diện thay đổi............................47

7


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Tồn Thắng

Hình 2.33 Sơ đồ tính bộ khuếch đại hình trụ tiết diện khơng đổi........................47
Hình 2.34 Sơ đồ đồ bộ khuếch đại dạng trụ bậc..................................................49
Hình 2.35 Kết cấu nút kẹp...................................................................................51
Hình 2.36 Sơ đồ tính Horn điểm kẹp ở vị trí khác giữa.......................................52

Hình 2.37 Sơ đồ tính đầu khuếch đại dạng cơn thẳng.........................................54
Hình 3.1 Các nguyên tắc bổ sung rung động trợ giúp tiện..................................56
Hình 3.2 Sơ đồ kết cấu cụm đầu rung khi tiện....................................................57
Hình 3.3 Đầu phát siêu âm..................................................................................58
Hình 3.4 Kết cấu đồ gá........................................................................................59
Hình 3.5 Mơi trường làm việc trên Ansys Workbench........................................61
Hình 3.6 Đồ gá chuyển từ Solidworks sang Ansys..............................................62
Hình 3.7 Mode 2.................................................................................................62
Hình 3.8 Mode 1.................................................................................................63
Hình 3.9 Mode 3.................................................................................................63
Hình 3.10 Mode 4...............................................................................................63
Hình 3.11 Mode 5................................................................................................63
Hình 3.12 Giao diện và trình tự thực hiện Harmonic response............................65
Hình 3.13 Thiết lập lời giải Harmonic Response................................................65
Hình 3.14 Biên độ dao động mũi dao theo tần số................................................67
Hình 4.1 Sơ đồ mạch vịng đo tổng trở................................................................70
Hình 4.2 Phương pháp I-V..................................................................................70
Hình 4.3 Sơ đồ mạch cầu tự cân bằng đo tổng hợp.............................................71
Hình 4.4 Thiết bị phân tích tổng trở và tần số cộng hưởng TRZ.........................72
Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý đo biên độ bằng kính hiển vi......................................73
Hình 4.6 Hệ thống đo Laser vibrometer..............................................................74
Hình 4.7 Sơ đồ cảm biến đo biên độ rung siêu âm..............................................74
Hình 4.8 Sơ đồ đo biên độ rung..........................................................................75
Hình 5.1 Máy tiện SD-25....................................................................................78
Hình 5.2 Phơi thép C45.......................................................................................79
Hình 5.3 Nguồn phát sóng siêu âm.....................................................................80
Hình 5.4 Mạch phát sóng siêu âm.......................................................................80
Hình 5.5 Đồ gá....................................................................................................81
Hình 5.6 Kết quả đo............................................................................................83

8


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

Danh mục bảng biểu
Bảng 2.1 Vận tốc truyền âm của một số loại vật liệu (Sổ tay CRC)....................17
Bảng 2.2 Các dạng mode truyền sóng.................................................................19
Bảng 2.3 Trở kháng âm của một số mơi trường..................................................20
Bảng 2.4 Hướng rung, phương trình chuyển động của dụng cụ cắt với
các phương pháp gia công..................................................................................34
Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của nguồn phát điện siêu âm...................................36
Bảng 2.6 Bảng xác định hệ số tập trung ứng suất theo bán kính chuyển tiếp......50
Bảng 2.7 Bảng tra hệ số tập trung ứng suất theo r, h...........................................52
Bảng 3.1 Tần số rung tự nhiên ứng với các mode rung động..............................63
Bảng 3.2 Bảng thông số biên độ mũi dao theo tần số..........................................66
Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật một số mác thép......................................................78
Bảng 5.2 Kết quả thực nghiệm............................................................................82

9


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
1.1. Giới thiệu chung

Rung động siêu âm được sử dụng ngày càng phổ biến trong nhiều ngành sản
xuất công nghiệp, chẳng hạn: Gia cơng cắt gọt cơ khí; tẩy rửa siêu âm; hàn siêu
âm; bôi trơn, giảm ma sát; sản xuất ô tô; chế biến thực phẩm... Kỹ thuật rung
động siêu âm trợ giúp q trình gia cơng cắt gọt đã cho thấy nhiều ưu điểm nổi
trội, chẳng hạn: Giảm lực cắt, nâng cao tuổi bền dụng cụ, cải thiện chất lượng bề
mặt gia công, cắt được nhiều loại vật liệu khó gia cơng (thép sau nhiệt luyện,
thép khơng gỉ, hợp kim độ bền cao…), giảm thiểu sử dụng dung dịch trơn
nguội… . Mặc dù công nghệ này đã được quan tâm từ những năm 1950 và hiện
đang thu hút nhiều nghiên cứu hoàn thiện và phát triển, nhưng cho đến nay hầu
như chưa có tài liệu tiếng Việt nào được cơng bố trong lĩnh vực này. Đây vừa là
khó khăn, đồng thời vừa là động lực thúc đẩy tác giả thực hiện nghiên cứu này.
Trong hệ thống gia công có bổ sung rung động siêu âm, đầu rung siêu âm là
một thiết bị quan trọng nhất, quyết định đến hiệu quả và chất lượng gia cơng.
Mỗi q trình gia cơng có rung trợ giúp, tùy thuộc vật liệu chi tiết, thường yêu
cầu một chế độ gia công phù hợp. Các thông số công nghệ bao gồm: vận tốc cắt,
lượng chạy dao, chiều sâu cắt, tần số và biên độ rung hỗ trợ, công suất phát
rung cần thiết. Điều này dẫn đến một thực tế là cần nhiều kiểu loại đầu rung siêu
âm tương ứng với từng quá trình gia cơng khác nhau. Trong q trình thiết kế,
ứng dụng cơng nghệ siêu âm, vấn đề cần thiết là phải nắm bắt được nguyên tắc
biến đổi và kỹ thuật điều chỉnh biên độ rung ứng với dải tần số lầm việc. Đầu
rung mang dụng cụ cũng cần đủ cứng vững, kết cấu thuận lợi cho quá trình gá
đặt. Hiệu quả của q trình cắt của các máy gia cơng hỗ trợ rung động siêu âm
phụ thuộc trực tiếp vào việc thiết kế và điều khiển đầu rung siêu âm.
Việc phát triển ứng dụng siêu âm trong q trình gia cơng cắt gọt cơ khí có
hai hướng. Thứ nhất, đầu tư các máy có tích hợp sẵn chế độ gia cơng có rung
động siêu âm bổ trợ. Dịng máy này chi phí cao, cần đầu tư vốn lớn. Thứ hai, sử
dụng các máy cơng cụ truyền thống và tích hợp thêm một bộ hỗ trợ tạo rung siêu
âm. Rung động siêu âm được truyền trực tiếp vào dụng cụ cắt gắn với đầu rung.
Giải pháp này rất phù hợp với xu hướng cải tiến và mở rộng khả năng ứng dụng
với các công nghệ hiện thời ở nước ta.

Các loại đầu rung siêu âm phổ biến nhất hiện nay thường sử dụng bộ tạo
rung kiểu Langevin. Bộ phận truyền và khuếch đại biên độ rung thường có các
dạng: hình trụ, hình nón, biên dạng cong hoặc dạng bậc. Hiện nay ở nước ta, một
số đầu rung siêu âm đã được ứng dụng trong các thiết bị hàn và rửa siêu âm. Các
ứng dụng rung động siêu âm trong q trình gia cơng cắt gọt kim loại, vật liệu
dẻo (tiện, phay, khoan, mài…) hầu như chưa có. Việc phát triển nghiên cứu, khai
thác ứng dụng kỹ thuật gia công mới này là một hướng rất cần thiết. Hơn nữa,
các đầu rung siêu âm hiện đang sử dụng trong nghiên cứu, thực nghiệm hoàn
toàn là nhập từ nước ngồi. Giá thành đắt, khó khăn trong việc đặt hàng và kém
tính linh hoạt khi muốn thay đổi thơng số trong q trình thực nghiệm. Vì vậy,

10


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

việc chủ động trong công nghệ thiết kế, chế tạo và đánh giá các đầu rung siêu âm
là rất cấp thiết.
Các nghiên cứu gần đây, trên cả phương diện tính tốn lý thuyết, ứng dụng
phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (FEA), lẫn thực nghiệm đánh giá, cho thấy
sự ảnh hưởng của vật liệu chế tạo, hình dáng và kích thước đầu rung siêu âm tới
khả năng truyền và biến đổi tín hiệu rung động (tần số, biên độ) trợ giúp gia
công. Song các kết quả chủ yếu vẫn dừng lại ở việc phân tích đánh giá tín hiệu
rung động siêu âm ở đầu mút ra của đầu Horn. Quá trình gia công cắt gọt thực tế,
thông số rung động cần quan tâm lại chính ở đầu dụng cụ, điểm tiếp xúc trực tiếp
với phôi và khả năng chịu lực của đầu rung. Đặc biệt là với các q trình gia
cơng trên các máy gia công khác nhau, việc kết cấu đầu rung cần phải thuận tiện
cho gá đặt, hiệu chỉnh. Điều này khẳng định rằng cần phải quan tâm đánh giá sự

ảnh hưởng của kết cấu bộ phận gá dụng cụ, chuyển tiếp từ đầu rung siêu âm
sang dụng cụ cắt.
Trong cơng nghiệp, các vật liệu có cơ tính đặc biệt như độ cứng cao, giịn
như Inconel, thép khơng gỉ, thép hợp kim sau nhiệt luyện, hợp kim nhôm, titan...
ngày càng được sử dụng rộng rãi. Với các vật liệu khó gia công, nếu sử dụng
phương pháp gia công truyền thống sẽ sinh nhiệt lớn tại đầu dụng cụ. Nhiệt độ
cao dẫn đến hiện tượng dính bết, chóng mịn dụng cụ, tăng lực cắt, giảm độ
chính xác gia cơng, chất lượng bề mặt thấp. Với sự ra đời của nhiều loại vật liệu
mới, vật liệu khó gia cơng, cùng nhu cầu nâng cao hiệu quả quá trình cắt, kỹ
thuật ứng dụng rung động siêu âm trợ giúp gia công là một giải pháp đầy hứa
hẹn.
1.2. Mục tiêu thiết kế
Đề tài này thực hiện việc tính tốn thiết kế, chế tạo và đánh giá đầu rung siêu
âm có gắn dụng cụ cắt cho máy tiện. Nghiên cứu đề xuất một giải pháp kết cấu
đồ gá mới thuận tiện cho quá trình gá đặt dao và đầu rung lên máy tiện vạn năng
truyền thống. Hiệu quả của q trình gia cơng tiện có rung động siêu âm trợ giúp
nhờ đồ gá được thiết kế, chế tạo so với các phương pháp gia công truyền thống
cũng được đánh giá thực nghiệm.
Kết quả nghiên cứu của đề tài cho phép khẳng định được những lợi ích sau:
a) Làm chủ cách thức tính toán, thiết kế, chế tạo và đánh giá đầu rung siêu
âm hiệu quả, linh hoạt, chi phí thấp với điều kiện thiết bị hiện có trong
nước.
b) Đánh giá ảnh hưởng của hình dáng, kích thước và vật liệu đến biên độ của
bộ phận khuếch đại rung khi gá thêm dụng cụ cắt.
c) Chủ động được cơng nghệ để có thể chế tạo đầu rung siêu âm theo ý
muốn, nhằm trợ giúp cho quá trình tiện. Đồ gá tạo rung có kết cấu đơn
giản, thuận lợi cho gá đặt và điều chỉnh vận hành;
d) Thiết kế và triển khai kế hoạch thí nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả đầu

11

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

rung đã chế tạo cho gia cơng tiện có trợ giúp của rung động siêu âm về chỉ
tiêu độ nhám bề mặt và lực cắt, so với tiện truyền thống.
Kết quả tính tốn, thiết kế và chế tạo thành công thiết bị đầu rung siêu âm
cho q trình tiện có thể làm cơ sở cho việc phát triển các ứng dụng rung động
siêu âm trong gia công tiện côn, phay, mài… trong nước; tạo ra các thiết bị gia
công siêu âm với chi phí thấp và khả năng chủ động về cơng nghệ.
1.3. Cách tiếp cận
Để giải quyết bài toán thiết kế, nghiên cứu sử dụng cách tiếp cận như sau:
-

Phân tích các phương án bổ sung rung động cho quá trình tiện; từ đó lựa
chọn phương án bổ sung rung động thích hợp;

-

Dựa trên cơ sở lý thuyết tính tốn tham khảo được từ các tài liệu nước
ngoài để thiết kế đầu khuếch đại biên độ rung với tần số làm việc xác
định;

-

Xây dựng kết cấu cụm đầu rung mang dao tiện gá trên đài dao máy tiện;

-

Sử dụng phần mềm ANSYS để đánh giá các giá trị tần số cộng hưởng và
giá trị biên độ rung tại đầu dụng cụ cắt;

-

Đề xuất phương pháp đo và thực nghiệm kiểm chứng giá trị tần số cộng
hưởng làm việc và giá trị biên độ rung thực tại đầu dụng cụ bằng thiết bị
sẵn có trong nước;

-

Tiến hành thực nghiệm tiện trên vật liệu thép đã tôi cứng để đánh giá
hiệu quả sử dụng của đầu rung thông qua hai chỉ tiêu là nhám bề mặt và
lực cắt.

1.4. Các kết quả đạt được
Đề tài đã xây dựng được mơ hình tính tốn, thiết kế thí nghiệm, thu thập và
phân tích dữ liệu, cho phép đánh giá hiệu quả của cụm đầu rung cho tiện . Cụ
thể, đề tài đã thu được một số kết quả như sau:
 Xác định được ảnh hưởng của hình dáng, kích thước và vật liệu của các
đầu Horn đến khả năng khuếch đại biên độ rung động và tần số của cụm
đầu rung;
 Kết hợp thành công bộ đầu rung siêu âm mang dụng cụ cắt cho tiện với kết
cấu đơn giản, thuận tiện cho việc gá đặt lên máy công nghệ;
 Kết quả thực nghiệm với đầu rung siêu âm hỗ trợ quá trình tiện tinh cho
thấy:
 Bề mặt sau gia cơng có độ nhẵn bóng cao hơn (1 đến 2 cấp
nhám);

 Lực cắt giảm khoảng 20 – 30 % so với tiện truyền thống;
12


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

13


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ RUNG ĐỘNG SIÊU ÂM
TRỢ GIÚP GIA CÔNG
Chương này trình bày một số kết quả tổng quan tài liệu về rung động siêu âm
và một số ứng dụng kỹ thuật của rung siêu âm. Kết cấu các bộ phận chính của
một hệ thống rung siêu âm trợ giúp gia công được tập trung làm rõ về cấu tạo,
nguyên lý hoạt động và cơ sở tính tốn thiết kế. Nội dung chính của chương bao
gồm các phần sau đây:
Phần 2.1. Nguyên tắc tạo rung động siêu âm.
Phần 2.2. Nguyên tắc truyền rung động siêu âm.
Phần 2.3. Một số ứng dụng của siêu âm trong kỹ thuật.
Phần 2.4. Rung động siêu âm trợ giúp gia công.
Phần 2.5. Hệ thống rung động siêu âm trợ giúp gia công.
Phần 2.6. Kết luận chương.
2.1. Nguyên tắc tạo rung động siêu âm
2.1.1. Rung động siêu âm

Rung động siêu âm là một dạng dao động cơ, có tần số vượt q ngưỡng
nghe của thính giác con người. Để phân biệt các mức độ giới hạn của rung động,
thường sử dụng giá trị ngưỡng tần số rung động như minh họa trên hình 2.1.
Ngưỡng âm thanh mà con người nghe được thường có tần số từ 20 Hz đến 20
kHz. Ngưỡng tần số rung động thấp hơn và cao hơn các giá trị giới hạn trên lần
lượt được gọi là ngưỡng hạ âm và siêu âm. Một số lồi động vật như chó, mèo,
cá voi hay dơi có khả năng nhận biết được tần số siêu âm (> 20 kHz).
Kỹ thuật về sóng siêu âm là một nhánh của lĩnh vực âm học, liên quan đến
việc tạo và khai thác ứng dụng các sóng siêu âm. Sóng siêu âm và ứng dụng của
nó thực sự được quan tâm nghiên cứu, phát triển từ sau thế chiến thứ nhất (1918),
sau khi Langevin phát minh ra bộ tạo rung siêu âm sử dụng vật liệu áp điện (tinh
thể thạch anh).

Hình 2.1 Các ngưỡng tần số rung động

14


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

2.1.2. Siêu âm công suất
Rung động siêu âm đã và đang tiếp tục được ứng dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực của đời sống. Tùy mục đích sử dụng, rung động siêu âm được chia thành
hai nhóm lớn là siêu âm cơng suất thấp và siêu âm cơng suất lớn (cịn được gọi
tắt là siêu âm công suất).
Rung động siêu âm công suất thấp là rung động tạo ra sóng siêu âm được
truyền đi với năng lượng thấp. Loại này thường được ứng dụng trong kỹ thuật
chụp ảnh y tế (chẳng hạn siêu âm kiểm tra thai nhi), kiểm tra khuyết tật sản

phẩm, thử nghiệm không phá hủy (kiểm tra các vết nứt trên cấu trúc máy bay, tàu
thủy), … Kỹ thuật siêu âm công suất lớn được ứng dụng trong các lĩnh vực kỹ
thuật làm sạch, tẩy rửa, gia công cắt gọt và hàn kim loại và chất dẻo… Wood và
Loomis (1927) là những người có những đóng góp đầu tiên tới sự phát triển ứng
dụng sóng siêu âm và hệ thống siêu âm công suất lớn. Kỹ thuật này được sử
dụng để thay đổi các đặc tính vật lý, hóa học, sinh học của vật liệu. Các ứng dụng
của siêu âm cơng suất nói chung dựa trên ngun tắc truyền các sóng siêu âm có
cường độ cao, nhằm tạo bóng khí trong chất lỏng hoặc hình thành dịng chuyển
động của vật chất trong chất rắn để truyền năng lượng siêu âm. Tùy theo mức độ
yêu cầu mà tần số rung động có thể từ hàng chục kHz đến hàng trăm kHz.
Khoảng biên độ rung động thường từ vài µm đến vài chục µm.
2.1.3. Ngun tắc tạo rung động siêu âm
Có hai cách chủ yếu để tạo rung động với tần số siêu âm là: phương pháp
khai thác hiệu ứng từ giảo và phương pháp khai thác hiệu ứng áp điện.
Phương pháp từ giảo: Tạo rung động siêu âm bằng cách chuyển đổi năng
lượng biến thiên từ trường thành động năng cơ học. Một bộ phát rung bằng tử
giảo có cấu tạo gồm một lõi phát rung đặt trong lòng một ống dây. Lõi phát rung
làm bằng vật liệu kim loại từ tính, chẳng hạn sắt từ, Cobalt, Niken... Điện áp có
tần số siêu âm được đặt lên ống dây. Sơ đồ mạch tạo rung động siêu âm bằng
phương pháp từ giảo được mơ tả như hình 2.2. Khi nằm trong vùng chịu từ
trường, các vật liệu từ tính chứa các hạt mang điện tích trái dấu sẽ bị định hướng
dưới tác dụng của lực từ trường theo chiều đường sức từ. Việc thay đổi hướng
của từ trường do điện áp ống dây thay đổi sẽ gây nên sự thay đổi biến dạng giữa
hai trạng thái dãn và nén của tấm vật liệu, minh họa như hình 2.3. Hiện tượng
này được nhà khoa học Joule khám phá ra năm 1982 .

15


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Tồn Thắng

Hình 2.2 Mạch từ giảo tạo rung siêu âm

Hình 2.3 Ảnh hưởng của từ trường biến đổi đến cấu trúc vật liệu

từ tính
ra dao
độngsiêu
cơ học
Phươngmang
pháp
tạo tạo
rung
động
âm sử dụng hiệu ứng áp điện: Là
phương pháp phổ biến nhất hiện nay. Hiệu ứng áp điện (Piezoelectric
phenomena) là một hiện tượng vật lý được phát hiện đầu tiên vào năm 1817, sau
đó được nghiên cứu chi tiết bởi anh em nhà Pierre và Jacques Curie vào những
năm 1880. Vật liệu áp điện là một loại vật liệu đặc biệt có chứa các phân tử phân
cực. Khi tác dụng một lực lên một tấm vật liệu sẽ sinh ra điện áp tại hai cực của
tấm. Trái lại, nếu đặt một điện áp thay đổi lên hai mặt tấm vật liệu sẽ gây nên
biến dạng thay đổi trên vật liệu này. Biến dạng thay đổi liên tục của tấm áp điện
sẽ làm phát sinh rung động. Vật liệu áp điện có đặc tính tuyệt vời là biến dạng rất
nhạy với giá trị điện áp đặt lên nó. Thêm nữa, vật liệu này có khả năng chịu nén
rất cao. Hình 2.4 mơ tả ứng xử cơ - điện của tấm vật liệu áp điện.

16

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Tồn Thắng

Hình 2.4 Hiệu ứng áp điện

So với phương pháp từ giảo, phương pháp tạo ra rung động siêu âm nhờ hiệu
ứng áp điện có nhiều ưu điểm vượt trội, chẳng hạn như: hiệu suất cao hơn, không
bị ảnh hưởng của từ trường xung quanh, phát sinh nhiệt ít hơn, kết cấu đơn giản,
độ cứng vững cao… Vì vậy, các thiết bị ứng dụng siêu âm hiện nay chủ yếu sử
dụng phương pháp tạo rung bằng hiệu ứng áp điện.
Có hai kết cấu phổ biến để tạo rung động siêu âm nhờ hiệu ứng áp điện là: sử
dụng các biến tử áp điện dạng tấm mỏng xếp chồng (Hình 2.5a) và dạng bản gốm
xếp chồng kiểu “Sandwich”( Hình 2.5b). Thuật ngữ “biến tử” được hiểu là phần
tử trong hệ thống có chức năng biến đổi năng lượng (ở đây là từ điện sang cơ và
ngược lại).
Kết cấu biến tử áp điện dạng tấm mỏng xếp chồng (Hình 2.5a) sử dụng các
tấm áp điện có chiều dày không quá 2 mm được ghép xen kẽ với các điện cực
kim loại.

(a)

(b)

Hình 2.5. Bộ tạo rung dùng tấm piezo nhiều lớp (a) và bộ tạo rung kết cấu Sandwich (b)

Thiết bị tạo rung nhiều lớp thường có công suất nhỏ, hay được sử dụng để tạo
rung động không yêu cầu chịu tải lớn, hoặc để điều khiển vị trí đối tượng một
cách chính xác. Lượng dịch chuyển thu được là tuyến tính theo phương dọc trục,

thường có độ lớn từ 0,1 đến 0,15 % chiều dài của bộ tạo rung. Tần số thay đổi
dịch chuyển có thể lên tới vài kHz.
Thiết bị tạo rung dạng bản gốm xếp chồng kiểu “Sandwich” do Langevin đề
xuất năm 1918. Kết cấu bộ tạo rung gồm một số chẵn tấm vật liệu áp điện có
chiều dày khoảng 5 – 10 mm, được kẹp giữa hai tấm kim loại (xem minh họa
trên hình 2.5b). Các tấm kim loại và vật liệu được gọi chung là các “biến tử”.
Thiết bị tạo rung dạng này chỉ phát được rung động có biên độ lớn ở một vài giá
trị tần số tương ứng với hiện tượng cộng hưởng của cơ hệ. Vấn đề này sẽ được
trình bày chi tiết trong phần 2.5. Với cấu trúc này, tần số làm việc của hệ biến tử

17


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Tồn Thắng

khơng phụ thuộc vào kích thước ngang của tấm áp điện, mà chỉ phụ thuộc vào
chiều dày của tồn cụm biến tử. Chính vì vậy, để thay đổi tần số của cụm biến tử
theo mong muốn, chỉ cần thay đổi chiều dày của hai tấm kim loại mà không cần
thay đổi chiều dày của tấm gốm áp điện. Đây là đặc tính quan trọng, giúp kết cấu
này được sử dụng phổ biến hiện nay.
2.2. Nguyên tắc truyền rung động siêu âm
Rung động siêu âm được truyền trong mơi trường dưới dạng sóng. Dạng quỹ
đạo truyền sóng được xác định dựa vào khoảng thời gian biến dạng hoặc rung
động trong các vật liệu mà nó truyền qua. Trong lịng bất kỳ vật liệu nào cũng
chứa các nguyên tử được liên kết với nhau. Có thể mô tả liên kết giữa các nguyên
tử dưới dạng gắn móc với nhau bởi các lị xo như minh họa trên Hình 2.6. Khi
năng lượng siêu âm truyền đến, năng lượng này làm xô lệch các nguyên tử khỏi
vị trí cân bằng, kéo theo sự mất cân bằng của các nguyên tử lân cận. Cứ như vậy,

năng lượng rung động được truyền qua vật liệu đến các vị trí khác trong lịng vật
thể.

Hình 2.6 Mơ hình liên kết ngun tử

Trong mơi trường chân khơng, do khơng có hạt vật chất nên khơng có các
ngun tử đảm nhận vai trị truyền năng lượng. Vì vậy, sóng rung động khơng thể
truyền qua môi trường chân không được. Các đại lượng đặc trưng đối với sóng
rung động siêu âm bao gồm: Tần số (f), biên độ (A), vận tốc (c) và chiều dài
bước sóng ().
Tần số rung là số chu kỳ truyền sóng rung theo một đơn vị thời gian. Với
rung động siêu âm thì giá trị tần số rung ở ngưỡng siêu âm. Biên độ rung động là
giá trị lớn nhất của chuyển vị khi có rung động kích thích. Vận tốc truyền sóng
phụ thuộc vào đặc tính khối lượng riêng và mô đun đàn hồi của vật liệu truyền
rung động. Chiều dài bước sóng được xác định trực tiếp từ vận tốc truyền sóng
và tần số (  = c/f). Vận tốc truyền âm trong một số loại môi trường được liệt kê
trongbảng2.1.

18


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

Bảng 2.1 Vận tốc truyền âm của một số loại vật liệu (Sổ tay CRC)
Khí (00C)

Chất/ Mơi trường

Carbon Dioxide
Hydrogen
Helium
Nitrogen
Oxygen
Air (21% Oxygen - 78%
Nitrogen)
Air (200C)
0
Chất lỏng (25 C) Glyxerol
Sea Water (3.5% Salinity)
Water
Mercury
Kerosene
Methyl Ancohol
Cacbon Tetrachloride
Diamond
Chất rắn
Pyrex Glass
Iron
Granite
Aluminum
Brass
Copper
Gold

Tốc độ truyền âm
(m/s)
259
1284

965
334
316
331
344
1904
1535
1493
1450
1324
1103
926
12000
5640
5960
6000
5100
4700
4760
3240

Trong kỹ thuật, với các hệ thống động lực, sự truyền sóng rung động thường
được mơ tả dưới dạng các mode rung động. Mỗi mode rung động là một hình ảnh
của trạng thái sóng dừng có dạng hình sin ở một tần số đặc trưng. Mỗi hệ thống
động lực có thể được kích thích dưới nhiều mode rung động. Một mode rung
động được đặc trưng bởi tần số và hình dạng mode. Số lượng mode rung động
của một kết cấu phụ thuộc vào tần số rung động kích thích. Thơng thường, các
mode khác nhau được phân biệt theo tần số và hình dạng mode. Hình 2.7 mơ tả
một số mode truyền sóng có đánh dấu các điểm nút (các điểm không dao động)
và các điểm bụng sóng (điểm có dao động với biên độ lớn nhất). Kiến thức về

mode truyền sóng sẽ được sử dụng khi phân tích trạng thái rung động của hệ
thống thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu này.
Với vật liệu đồng nhất và đẳng hướng, các sóng rung động có thể truyền với
4 dạng mode cơ bản dựa vào cách dao động của các phần tử. Đặc tính của các
mode này được trình bày trong bảng 2.2 dưới đây.

19


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Tồn Thắng

Hình 2.7 Hình dạng một số mode truyền sóng

Bài tốn truyền sóng trong kỹ thuật thường phải quan tâm đến vận tốc truyền
sóng. Vận tốc này phụ thuộc vào mode truyền sóng như sau [2]:
 Với dạng mode truyền sóng dọc (gây biến dạng nén trong lịng vật
liệu), vận tốc truyền sóng được xác định bằng cơng thức:
PT 2.1

 Với mode truyền sóng ngang (gây ứng suất cắt), vận tốc truyền sóng
được xác định bằng cơng thức:
PT 2.2

Trong đó: c là vận tốc truyền âm (m/s), E là mô đun đàn hồi của vật liệu
(N/m2), G là mô đun cắt (N/m 2),  là khối lượng riêng của vật liệu truyền âm
(kg/m3).
Ngoài ra, một đại lượng quan trọng khác cần sử dụng trong q trình tính
tốn thiết kế đầu rung siêu âm là trở kháng âm (Acoustic Impedance). Trở

kháng âm (Z) là đại lượng đặc trưng cho khả năng truyền dẫn rung động qua vật
liệu. Giá trị trở kháng âm của một vật liệu được xác định phụ thuộc vào khối
lượng riêng và vận tốc truyền âm của vật liệu [2]:
PT 2.3

Trong đó: Z là trở kháng âm (kg/s.m hoặc N.s/m );  là khối lượng riêng
(kg/m3), c là vận tốc truyền âm (m/s). Trở kháng âm của một số mơi trường được
trình bày trong bảng 2.3.
2

20

3


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

Bảng 2.2 Các dạng mode truyền sóng

Dạng mode truyền
sóng trong chất rắn

Đặc điểm rung động

Sóng dọc: dao động
nén dọc theo phương
truyền sóng
Sóng cắt (ngang) –

dao động của các chất
điểm ln vng góc
với phương truyền
sóng.
SSóng mặt – Rayleigh
– Mỗi phần tử trong
vật liệu khi có rung
động kích thích sẽ dao
động theo quỹ đạo elip
đối xứng
Sóng tấm – Lamb – là
sóng rung động kết
hợp, đường truyền
sóng ln song song
với bề mặt tấm, xun
suốt chiều dày của tấm
vật liệu. Hai dạng sóng
Lamb kiểu đối xứng và
bất đối xứng

21


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

Bảng 2.3 Trở kháng âm của một số môi trường

Trở kháng âm (kg/s.m2)

Các mơi trường vật
chất
Nhơm
Đồng
Thép
Titan
Nước (200C)
Khơng khí (200C)

17,1.106
41,6.106
46,1.106
28.106
1,48.106
413

22


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Tồn Thắng

2.3. Các thơng số công nghệ
Các thông số công nghệ chủ yếu của gia công bằng phương pháp siêu âm là :
năng suất , chất lượng bề mặt , độ chính xác gia cơng , độ mịn của dụng cụ.
2.3.1. Năng suất gia công siêu âm
Năng suất gia công siêu âm phụ thược chủ yếu các thông số sau :
e: tốc độ tiến dao (mm/phút)

v: thể tích phơi trung bình
Năng suất gia cơng cịn phụ thuộc vào độ sâu gia cơng và mặt cắt ngang của
dụng cụ ( độ sâu và prôphin mặt cầu )
Năng suất gia cơng cịn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau :
 Biên độ và tần số dao động
 Tính chất cơ lý của vật liệu cần gia công
 Loại tải tĩnh giữa dụng cụ và vật liệu cần gia công
 Loại bột mài và nồng độ nhũ tương của bột mài ( nếu có )
 Các cho nhũ tương vào vị trí gia cơng ( nếu dùng )
 Tiết diện dụng cụ
 Vật liệu làm dụng cụ và độ mịn của nó
 Độ sâu phần gia cơng
Vd = e.ASZ Với ASZ – Diện tích làm việc của dụng cụ (mm2)
Vd - Khối lượng phoi trong một đơn vị thời gian
2.3.2. Chất lượng bề mặt gia công siêu âm
Gia cơng bằng sóng siêu âm khơng thể hiện sự biến đổi cấu trúc và độ cứng
tế vi của lớp vật liệu trên bề mặt hoặc một ứng suất dư nào do nhiệt độ không lớn
ở vùng gia công không gây ra sai số do biến dạng nhiệt .
Gia cơng bằng sóng siêu âm trái với trường hợp mài và cắt bằng tia lửa điện ,
khơng thấy có vết rạn nứt hay vết cháy trên bề mặt gia công .
Chất lượng bề mặt gia công chỉ liên quan đến độ nhám bề mặt . Độ nhám bề
mặt phụ thuộc vào :
 Kích thước hạt mài ( dùng trong cơng nghiệp)
 Tính chất cơ lý của vật liệu gia cơng .
 Biên độ dao động của dụng cụ .

23


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Toàn Thắng

 Độ nhám dụng cụ .
 Chất lỏng chứa bột mài ( trong cơng nghiệp )
Xác suất có khuyết tật cũng giảm đi nhiều , nếu ta làm giảm độ nhám bề mặt
bên của dụng cụ và chế tạo dụng cụ bằng vật liệu chống mòn.
2.3.3. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng
1. Đặc điểm
a. Ưu điểm
 Cho phép gia công được những vật liệu vơ cùng cứng , giịn , rắn . vật liệu
phi kim loại mà không gây gia hiện tượng nứt tế vi bề mặt
 Hoạt động của thiết bị khá an tồn,
b. Nhược điểm
 Khi bề mặt gia cơng nhỏ thao tác thực hiện khá phức tạp , khó khăn .
 Nhu cầu năng lượng : tốn hao nhiều năng lượng .
2. Phạm vi ứng dụng
Có thể chia thành các ứng dụng sau :
 Gia công bằng phương pháp siêu âm : khoan , mài gia công ren , là sạch
bavia , gia công rãnh.
 Gia công bằng siêu âm phối hợp phương pháp gia công khác : khoan ,
phay , tiện lỗ , mài , mài tinh , mài bằng đĩa , mài bóng bằng ma sát.
 Gia công không cắt gọt : hàn , làm sạch kim loại , lắp ghép bằng ép , phân
tích vật liệu có phân tử lớn làm phát sinh và xúc tiến nhanh các q trình
gia cơng hóa và điện hóa .
3. Xu hướng phát triển
 Nhu cầu phát triển công nghiệp ngày càng địi hỏi gia cơng các vật liệu
bán dẫn , gốm , hợp kim cứng và nhiều vật liệu siêu cứng rắn , dòn khác.
 Đang nghiên cứu phát triển các mạch điện đa mạch , các đầu phát siêu âm
và bộ nối có thể gia cơng bề mặt lớn , ít tổn thất .

Bằng các phối hợp gia cơng siêu âm , gia cơng ăn mịn điện và gia cơng điện
hóa với nhau để gia cơng các vật liệu có khả năng dẫn điện người ta có thể tăng
năng suất và giảm hao mịn dụng cụ.
2.3.4. Độ chính xác gia cơng
Đối các vật liệu rắn và giịn:
Những yếu tố chính phụ thuộc vào độ chính xác của thiết bị điều chỉnh máy

24


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Vũ Tồn Thắng

 Độ chính xác của thiết bị phụ thuộc chủ yếu vào sai số chuyển động theo
hướng tiến của dụng cụ và sự điều chỉnh đầu dao động so với bàn máy
 Sự ăn khớp và độ đồng trục cùa các bộ phận của đầu phát dao động sóng
siêu âm , bộ phận nối , dụng cụ
 Độ chính xác của các cơ cấu dùng để điều chỉnh chi tiết
 Độ chính xác vị trí tương đối giữa dụng cụ và chi tiết gia cơng
Trước khi gia cơng phải kiểm tra độ chính xác của máy và tất cả dụng cụ phụ
trợ nêu trên nhằm đến năng suất cơng cao.
Các yết tố chính xác phụ thuộc và đặc tính cơng nghệ:
 Kích cỡ hạt mài
 Sự ổn định của khe hở giữa dụng cụ và vật gia gia cơng
 Độ ịn của dụng cụ
 Hình dáng hình học của dụng cụ
 Độ sâu gia công
2.4. Một số ứng dụng siêu âm trong kỹ thuật
Khai thác rung động siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

Có thể kể đến một số ứng dụng chính của rung động siêu âm trong đời sống sản
xuất như dưới đây.
2.4.1. Làm sạch, tẩy rửa bằng siêu âm
Làm sạch, tẩy rửa bằng siêu âm là biện pháp kết hợp sóng siêu âm truyền
vào dung dịch làm sạch để tẩy rửa bề mặt chi tiết. Bể rửa siêu âm thường dùng
nguồn sóng âm tần số dao động trong khoảng từ 40 kHz đến 200 kHz. Do chất
lỏng có khả năng đi tới mọi ngóc ngách trên bề mặt chi tiết phức tạp, nguồn năng
lượng của sóng siêu âm sẽ giúp loại bỏ các chất bám bẩn trên bề mặt cần làm
sạch. Làm sạch bằng siêu âm có thể được sử dụng cho một loạt các hình dạng,
kích cỡ và vật liệu khác nhau. Thiết bị này có thể làm sạch cả các vật phẩm kim
loại, thủy tinh, gốm, nhựa, ... Một số dạng sản phẩm thường được làm sạch rất
hiệu quả nhờ siêu âm như: các vi mạch điện tử, ổ đĩa cứng, thiết bị y tế; các chi
tiết kim loại hình dáng phức tạp; đồ nữ trang, thiết bị quang học, gần đây ứng
dụng trong xục rửa chế hịa khí, bugi của động cơ đốt trong; bóng golf; đồng hồ...
Hình 2.8 minh họa ngun lý làm sạch bằng sóng siêu âm.

25