(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của dao động hỗ trợ tới quá trình gia công tiện

Người ta thấy rằng phương pháp gia công có dao động hỗ trợ VAM bị ảnh hưởng bởi bốn thông số quan trọng: tần số rung dao, biên độ rung dao, tốc độ cắt phôi và lượng chạy dao xác định độ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN NGỌC HÒA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG

HỖ TRỢ TỚI QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 1880401

S K C 0 0 6 6 9 7

Tp Hồ Chí Minh, tháng 5/2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN NGỌC HÒA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG HỖ TRỢ

TỚI QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 1880401

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN NGỌC HÒA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG HỖ TRỢ

TỚI QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 1880401 Hướng dẫn khóa học:

TS HÒANG TRUNG KIÊN

Tp Hồ Chí Minh, tháng 5/2020

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học chuyên nghiệp:

……

Nơi học (trường, thành phố):

Ngành học:

2 Đại học:

Nơi học: ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 04 năm 2020

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn là khoảng thời gian em được học hỏi và trải nghiệm rất nhiều Nó giúp em bồi dưỡng thêm những kiến thức đã học, tiếp thu những kiến thức mới và đặc biệt là tăng cường thêm khả năng tự học, tự nghiên cứu của bản thân Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS Hoàng Trung Kiên

đã chỉ dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian qua, giúp em định hướng nghiên cứu, nhận định và tìm hiểu các vấn đề trong luận văn Bên cạnh đó em xin cảm ơn, các thầy bên xưởng thực tập nghề và các thầy bên phòng thí nghiệm vật liệu, đã hỗ trợ em nhiều trong quá trình thực nghiệm

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 04 năm 2020

Học viên NGUYỄN NGỌC HÒA

TÓM TẮT

Phương pháp gia công dao động hỗ trợ (VAM) là một kỹ thuật cắt hiệu quả cho các vật liệu khó gia công Người ta thấy rằng phương pháp gia công có dao động hỗ trợ (VAM) bị ảnh hưởng bởi bốn thông số quan trọng: tần số rung dao, biên độ rung dao, tốc độ cắt phôi và lượng chạy dao xác định độ nhám bề mặt Tuy nhiên, mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt và các tham số này trong VAM chưa được thiết lập rõ ràng Bài viết này trình bày trước hết cơ chế làm thế nào các tham số này ảnh hưởng đến VAM Với các lý thuyết được nghiên cứu, nó đã thiết lập tỷ lệ tốc độ cắt theo tần

số và tốc độ nạp theo biên độ dao động đóng vai trò chính trong quy trình VAM, giúp cải thiện chất lượng bề mặt Bài viết này cũng thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số biên độ và tần số đối với chất lượng bề mặt trong quá trình cắt của thép không gỉ 304 bằng cách áp dụng cả phương pháp VAM và phương pháp tiện thông thường (CT) Người ta quan sát rằng phương pháp VAM hứa hẹn bề mặt tốt hơn so với phương pháp CT Các kết luận được rút ra trong các điều kiện nhất định, biên độ dao động nhỏ hơn, chất lượng bề mặt xấu hơn và tần số rung cao hơn thì chất lượng bề mặt tốt hơn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 04 năm 2020

NGUYỄN NGỌC HÒA

SUMMARY

The vibration assisted machining (VAM) method is an efficient cutting technique for difficult-to-machine materials It is found that the VAM mechanism is influenced by four important parameters: tool vibration frequency, tool vibration amplitude, workpiece cutting speed and feed rates that determine the surface roughness However, the relation between the surface roughness and these parameters in the VAM is not clearly established This paper presents firstly the mechanism how these parameters effect the VAM With theories studied, it’s established that ratio of cutting speed to frequency vibration, and feed rates to amplitude vibration plays a key role

in the VAM process, which improves surface quality This paper also experimentally investigates the effect of cutting parameters on cutting performances in the cutting of SUS 304 by applying both the VAM and the conventional turning (CT) methods It

is observed that the VAM method promises better surface as compared to the CT method The conclusions are draw in given conditions, the smaller amplitude of the vibration, the worse the surface quality and the higher vibrating frequency, the better surface quality

HCM April 15,2020

NGUYEN NGOC HOA

MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC i

LỜI CAM ĐOAN ii

CẢM ƠN iii

TÓM TẮT iv

SUMMARY v

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH ix

DANH SÁCH CÁC BẢNG xi

DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ xii

Chương 1 13

TỔNG QUAN 13

1.1 Đặt vấn đề 13

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 14

1.3 Tổng quan về độ nhám bề mặt 14

1.4 Khớp mềm-Flexure hinge 20

1.5 Giới thiệu về thiết bi dao động PZT-Lead zirconate titanate 22

1.6 Tổng quan về vật SUS304 23

1.7 Tổng quan về dao động hỗ trợ trong gia công (VAM) 23

1.8 Nghiên cứu tổng quan 27

1.9 Đối tượng và phạm vi của nghiên cứu 31

1.10 Mục tiêu của nghiên cứu 32

Chương 2 32

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 32

2.1 Lý thuyết cắt gọt của phương pháp gia công tiện 32

2.2 Độ nhám bề mặt 35

2.3 Động học của dao động hỗ trợ trong gia công tiện 39

2.4 Ảnh hưởng của tần số dao động hỗ trợ tới độ nhám bề mặt 41

2.5 Ảnh hưởng của biên độ dao động hỗ trợ tới độ nhám bề mặt 42

2.6 Ảnh hưởng của góc lệch pha ban đầu tới độ nhám bền mặt 𝑺 ≤ 𝟐𝑨 44 Chương 3 46

THỰC NGHIỆM 46

3.1 Thiết bị thực nghiệm 46

3.2 Thiết lập thực nghiệm 52

3.3 Kết quả và thảo luận 54

Chương 4 57

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57

4.1 Kết Luận 57

4.2 Hướng Phát Triển 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PHỤ LỤC 64

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VAT: Vibration Assisted Turning

VAM: Vibration Assisted Machining

UVC: Ultrasonic Vibration Cutting

LVAT: Low-frequency Vibration Asissted Turning

EDM: Electric Discharge Machining

ECM: Electrochemical Machining

LBM: Laser Beam Machining

PZT: Lead Zirconate Titanate

EVA: Elliptical Vibration Asissted

1D: 1 Direction

2D: 2 Direction

TWCR: Tool workpiece contact ratio

BUE: Built Up Edge

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình.1. Ảnh hưởng của các điều kiện làm mát khác nhau lên độ nhám bề mặt [11]

15

Hình.2. (a) Công cụ máy và tương tác quá trình cắt và cơ chế (b)cơ chế dao động trong gia công tiện [24] 16

Hình.3. Các loại hao mòn trong dụng cụ cắt 18

Hình.4. BUE ảnh hướng tới bề mặt gia công 19

Hình.5. Một số loại khớp mềm-Flexure hinge 21

Hình.6. Cán dao được thiết kế thêm Flexure hinge 21

Hình.7. Cách lắp đặt PZT đúng cách và không đúng cách 22

Hình.8. Các hướng dao động chính của VAM 24

Hình.9. Cấu tạo của1D VAM 25

Hình.10. a 2D VAM với 2 PZT được xếp vuông góc; b 2D VAM với 2 PZT được xếp song song [5] 26

Hình.11. a VAM 1 D theo phương xuyên tâm, b VAM 1D theo phương vận tốc cắt, c VAM 1D theo phương tiến dao [2] 27

Hình.12. VAM2D [5] 27

Hình.13. Các dạng dao động của VAM [5] 27

Hình.14. Mô tả các thông số trong cắt gọt 33

Hình.15. Lượng chạy dao s 34

Hình.16. Chiều cao nhấp nhô với dao r=0 và r≠0 35

Hình.17. a Ra, b Rz, Rt theo ISO 4287 36

Hình.18. Độ cao lớn nhất trong gia công tiện 38

Hình.19. Độ nhám bề mặt trong gia công tiện sử dụng dao có mũi cắt r 38

Hình.20. Tiện trục với dao động dọc trục 40

Hình.21. Vết dao trong VAM 41

Hình.22. Mô phỏng vết dao trong các trường hợp s<2A, s=2A, s>2A 43

Hình.23. Các trạng thái cắt a cắt liên tục, b cắt không liên tục 44

Hình.24. Hai vết cắt tiếp tuyến với nhau 45

Hình.25. Máy tiện Jassey Studturn 47

Hình.26. Thông số của PZT 48

Hình.27. Máy tạo xung AFG 1022 48

Hình.28. Thông số kỹ thuật của E421 49

Hình.29. Cán dao có khớp mềm 49

Hình.30. Thiết lập đo biên độ của khớp mềm 50

Hình.31. Kích thước và hình sau gia công của ball tip 51

Hình.32. Quan sát trên kính hiển vi điện tử 52

Hình.33. Mô tả thiết lập thực nghiệm 52

Hình.34. a gia công truyền thống; b gia công có dao động hỗ trợ (F=1KHz, A=6μm); c.VAM (F=0.5KHz, A=6μm); d VAM (F=0.25KHz, A=6μm) 57

Hình.35. a Phoi của gia công truyền thống b Phoi gia công có dao động hỗ trợ 57

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng.1 Các cấp độ nhám và chiều dài chuẩn 36

Bảng.2 Thông số tương đương của Vpp và biên độ 49

Bảng.3 Thông số kỹ thuật của SJ-210 51

Bảng.4 Thống số mảnh dao 53

Bảng.5 Cơ tính của SUS 304 (DIN 1.4301) 53

Bảng.6 Thành phần hóa học của SUS304 53

Bảng.7 Thông số cắt và thông số dao dộng 54

Bảng.8 Bảng thông số thực nghiệm và kết quả đo Ra 54

DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu Đồ.1. Ảnh hưởng của tần số dao động tới độ nhám 56

Nhu cầu ngày càng cao về các chi tiết với độ chính xác cao, làm bằng vật liệu cứng

và giòn như kính, thấu kính, gốm sứ tiên tiến, hợp kim cường độ cao, vật liệu tinh thể đơn, v.v vv Do đó, sự phát triển của gia công có độ chính xác cao trong những năm gần đây đã được tập trung vào gia công các chi tiết nhỏ với yêu cầu cao của độ nhám bền mặt

Khi gia công các chi tiết này, các phương pháp gia công truyền thống không còn đáp ứng được những yêu cầu của các ngành công nhiệp hiện đại ngày nay Hơn nữa, các phương pháp gia công tiên tiến như EDM, gia công điện hóa (ECM – Electrochemical Machining), phương pháp gia công chum tia laser (LBM-Laser Beam Machining), cũng không được sử dụng nhiều bởi chi phí cao, tiêu hao nhiều năng lượng, những hạn chế vật liệu có thể gia công, nhiệt sinh ra trong quá trình gia công làm hóa cứng bề mặt gia công gây khó cho những nguyên công khác Vì thế, việc kiết hợp giữa các phương pháp hiện đại và truyền thống được xem xét và pháp triển Một trong những phương pháp đó là kết hợp thêm một dao động trong gia công

Từ những vấn đề nêu trên, việc nghiên cứu về dao động hỗ trợ cho phương pháp gia công tiện là môt hướng nghiển cứu có thực tiễn cao

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.2.1 Ý nghĩa thực tế

Tiện là phương pháp gia công cắt gọt thông dụng nhất Máy tiện chiếm khoảng 25%

- 35% tổng số thiết bị trong phân xưởng gia công cắt gọt Vì vậy việc áp dụng dao động hỗ trợ vào phương pháp gia công tiện sẽ góp phần trong việc tăng năng suất, giảm giá thành, nâng cao chất lượng sản phẩm

1.2.2 Ý nghĩa khoa hoc

Xác định mối quan hệ giữa số tần số dao động, biên độ dao động ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt

1.3 Tổng quan về độ nhám bề mặt

Chất lượng hoàn thiện bề mặt của sản phẩm thường được đánh giá về độ nhám bề mặt của nó Độ nhám của bề mặt chi tiết gia công được coi là một trong những đặc điểm chính của sản phẩm vì nó ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ mỏi, hệ số ma sát, chống mài mòn, và sau đó là độ tin cậy của sản phẩm trong quá trình hoạt động Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hoàn thiện bề mặt của phôi khi gia công tiện Các yếu tố này có thể được chia thành bốn loại chính sau:

 Các yếu tố do điều kiện gia công, chẳng hạn như tiện khô, tiện ướt, loại chất lỏng làm mát, độ cứng vững của máy công cụ

 Các yếu tố do thông số dụng cụ cắt, chẳng hạn như mũi công cụ bán kính, góc mũi, góc cắt cạnh, vật liệu dụng cụ cắt và lớp phủ dụng cụ

 Các yếu tố do thông số gia công, chẳng hạn như lượng chạy dao, tốc độ cắt và độ sâu cắt

 Các yếu tố do tính chất vật liệu phôi, chẳng hạn như độ cứng, cấu trúc vi mô, kích thước hạt, thành phần và khuyết tật bên trong

1.3.1 Yếu tố điều kiện gia công

Chất làm mát sẽ giúp bôi trơn cũng như chất khử nhiệt trong quá trình cắt Chúng được sử dụng để giảm ma sát và mài mòn dụng cụ, cải thiện bề mặt, giảm tiêu thụ năng lượng, giảm biến dạng nhiệt, giảm xu hướng hình thành lẹo dao (BUE) và bảo vệ bề mặt mới gia công khỏi tác động ăn mòn môi trường

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trong ba thập kỷ qua để nghiên cứu ảnh hưởng của loại chất lỏng cắt và phương pháp ứng dụng chất lỏng lên bề mặt của các loại vật liệu phôi trong quá trình tiện Các chất lỏng được sử dụng trong các nghiên cứu này có thể được phân thành bốn loại chính theo công thức hóa học của chúng Chúng là dầu khoáng, dầu hòa tan (emulsified oils), chất lỏng tổng hợp (chemical) và chất lỏng bán tổng hợp Dầu cắt mà không pha loãng thêm hoặc phụ gia được gọi là Neat Cutting Oil- là loại dầu sử dụng nguyên chất và không hoà tan thành dung dịch Bên cạnh các chất lỏng dựa trên khoáng chất và hóa học, dầu thực vật, có khả năng phân hủy sinh học, có khả năng giảm chi phí xử lý chất thải và các mối nguy hại cho sức khỏe liên quan đến các loại dầu dựa trên dầu mỏ Do đó, một số nhà nghiên cứu đã nghiên cứu ảnh hưởng của các loại chất cắt dựa trên sinh học khác nhau đến chất lượng bề mặt trong quá trình tiện

Bốn phương pháp phổ biến để áp dụng chất lỏng cho tiện là làm đầy bằng cách phun, ngâm tia, phun sương và bôi trơn số lượng tối thiểu (MQL) Tác động của các phương pháp ứng dụng chất lỏng lên độ nhám bề mặt của phôi đã hoàn thành đã được nghiên cứu bởi một số nhà nghiên cứu

Hình.1 Ảnh hưởng của các điều kiện làm mát khác nhau lên độ nhám bề mặt [11]

Từ các cuộc điều tra được thực hiện trong quá khứ về hiệu quả của các loại chất lỏng cắt khác nhau được sử dụng trong tiện, rõ ràng là một số loại chất lỏng cắt tốt hơn các loại khác về chất lượng bề mặt Dầu thực vật có tiềm năng tốt để thay thế các chất lỏng cắt dựa trên khoáng chất và hóa học do khả năng phân hủy sinh học và các đặc tính khử nhiệt và

khử nhiệt tốt Hiệu quả của việc sử dụng dầu thực vật kéo dài do quá trình oxy hóa và sự kết hợp của vi khuẩn cần nghiên cứu thêm trước khi dầu sinh học trở thành chấp nhận rộng rãi như cắt chất lỏng

Dung động là vấn đề không thể tránh trong quá trình gia công tiện Có nhiều nguyên nhân gây ra như biến đổi lực cắt, khối lượng không cân bằng của phôi trong quá trình tiện,

từ những nguồn ngoài gây nên Trong các máy tiện hiện đại, mức độ dung động của máy tiện được giữ ở mức tối thiểu bằng cách thiết kế các giảm chấn và cân bằng chuyển động

Do đó những dung động chính chủ yếu là dung động của dao cắt do quá trình va chạm giữa phôi và dao Như do các mài mòn, khuyết tật bề mặt…Dao động của dao được biết sẽ dẫn tới bề mặt chất lượng thấp, hay tạo những gợn sóng trên bề mặt

Hình.2 (a) Công cụ máy và tương tác quá trình cắt và cơ chế (b)cơ chế dao động

trong gia công tiện [24]

Sự hiện diện của các dao động gia công trong quá trình tiện có thể được nhận ra bằng các vết xước trên bề mặt gia công, sự xuất hiện của các phoi được tạo ra cũng như từ tiếng

ồn được tạo ra Rung động gia công thường dẫn đến giảm năng suất của máy công cụ Trong hầu hết các nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã báo cáo rằng sự hao mòn dụng

cụ đi kèm với sự gia tăng dần dần của độ rung trong khi dao hỏng đột ngột được biểu thị bằng sự tăng đột ngột của biên độ rung Vì hao mòn dụng cụ và hỏng dụng cụ có ảnh hưởng bất lợi đến bề mặt phôi, việc tăng độ rung dao động cũng sẽ có tác động bất lợi đối với bề mặt

1.3.2 Yếu tố về dụng cụ cắt

Hình học dao - Do sự tiếp xúc trực tiếp của dụng cụ cắt với phần gia công, bản thân dao có ảnh hưởng lớn đến độ nhám của phôi đã hoàn thành Có một số yếu tố liên quan đến công cụ ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt của phôi Đó là:

1 Hình dạng công cụ (bán kính mũi, góc cào, chuẩn bị cạnh, v.v.),

2 Vật liệu công cụ (cacbua vonfram, gốm, v.v.),

3 Điều kiện công cụ (mới hoặc mòn)

4 Xử lý bề mặt của dụng cụ (lớp phủ)

Sự giảm độ nhám với tăng bán kính mũi theo xu hướng nghịch đảo như được xác định trước bởi mối quan hệ lý thuyết Do đó, bán kính mũi lớn hơn nên được chọn để có được bề mặt tốt hơn

Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng hình học cạnh cắt, bao gồm góc vát, chiều rộng vát

và góc cạnh, có ảnh hưởng đáng kể đến bề mặt hoàn thiện và tính toàn vẹn bề mặt Ngoài

ra, hầu hết các tài liệu cũng được các tác giả xem xét tập trung vào ảnh hưởng của hình dạng dao đến động lực cắt, sự hình thành phoi và độ ổn định gia công

Sự mài mòn dao – Hao mòn dụng cụ là sự mất dần vật liệu dụng cụ dẫn đến thay đổi hình dạng của dụng cụ cắt từ hình dạng ban đầu của nó Nhiệt độ và ứng suất cực cao được tạo ra trong quá trình cắt do tác động cọ xát kim loại với kim loại làm nặng thêm sự mài mòn Sự mài mòn của dụng cụ cắt làm thay đổi một phần của hình dạng cạnh công cụ tiếp xúc trực tiếp với phôi gia công Khi tiện dụng cụ cắt để lại dấu dao trên phôi, bất kỳ thay đổi nào trong cấu hình mũi dao do mòn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến bề mặt Tuy nhiên, hầu hết nhà nghiên cứu đo độ mài mòn theo lưỡi cắt chính Điều này là do hao mòn sườn chính

là tiêu chí tuổi thọ công cụ được xác định trong tiêu chuẩn ISO3685 (1993) Theo tiêu chuẩn, chiều rộng tối đa của lưỡi cắt chính VBB (tối đa) = 0,6 mm nếu lưỡi cắt không thường xuyên bị mòn Nếu lưỡi cắt thường xuyên bị mòn, tiêu chí về tuổi thọ của dụng cụ dựa trên chiều rộng trung bình của độ mòn sườn VBB = 0,3 mm Mặc dù phần lớn của dụng cụ cắt không tiếp xúc trực tiếp với bề mặt hoàn thiện, nhưng độ mài mòn của lưỡi cắt làm tăng lực cắt và làm tăng dao động dẫn đến hư hỏng bề mặt

Hình.3 Các loại hao mòn trong dụng cụ cắt

Nghiên cứu mở rộng đã được thực hiện trong quá khứ để nghiên cứu hao mòn và độ nhám bề mặt trong tiện Tuy nhiên, không có nhiều bài báo trong đó mối tương quan trực tiếp giữa độ mòn và độ nhám bề mặt đã được nghiên cứu Trong các tình huống như vậy, mối quan hệ giữa hai biến chỉ có thể được suy ra bằng cách so sánh độ nhám bề mặt và độ mòn của công cụ được kết luận với các biến khác như tốc độ nạp liệu hoặc thời gian gia công

Lớp phủ - Sự phát triển của các công cụ cắt có lớp phủ được bắt đầu bằng việc phát triển các hợp kim mới và vật liệu chế tạo và khó khăn liên quan đến gia công các vật liệu này một cách hiệu quả và tiết kiệm Các vật liệu phủ thường được sử dụng là titan nitride (TiN), titan carbide (TiC), titan carbonitride (TiCN) và nhôm oxit (Al2O3) Các lớp phủ thường được áp dụng bằng cách sử dụng kỹ thuật lắng đọng hơi hóa học (CVD) và kỹ thuật lắng đọng hơi vật lý (PVD) Độ dày lớp phủ thường thay đổi từ 2 đến 10 μm

Từ các tài liệu được xuất bản có thể lưu ý rằng gia công bằng các công cụ có lớp phủ cải thiện chất lượng bề mặt hơn Các công cụ không có lớp phủ thường có xu hướng mòn nhiều hơn do mài mòn và bám dính, đặc biệt là ở tốc độ cắt thấp hơn Điều này dẫn đến sự hình thành BUE do đó ảnh hưởng đến bề mặt gia công Các lưỡi cắt có lớp phủ, nói chung, được quan sát ít hao mòn hơn so với lưỡi cắt không được phủ và điều này làm giảm tác động của rung động và tiếng kêu của công cụ Tuy nhiên, khi lớp phủ bị mòn, khả năng hình thành BUE tăng lên

Lẹo dao (BUE) - Một yếu tố chính khác ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt và liên quan chặt chẽ đến hao mòn dụng cụ là sự hình thành lẹo dao (Built Up Edge- BUE) BUE được hình thành dưới tốc độ cắt thấp do hoạt động cắt của dụng cụ cắt Vật liệu phôi trải qua biến dạng dẻo, nóng chảy và bám sát vào đầu của dụng cụ cắt ở mặt trước (Hình 18) Vật liệu dẻo và độ cứng thấp như nhôm, một số hợp kim nhiệt độ cao và một số MMC có xu hướng tạo thành BUE trên dụng cụ cắt Tốc độ cắt thấp và không có chất làm mát là một trong những yếu tố chính góp phần vào sự hình thành BUE

Hình.4 BUE ảnh hướng tới bề mặt gia công

BUE có ảnh hưởng lớn tới lực cắt, nhiệt độ cắt, mài mòn dao, tuổi thọ dao, độ nhám

bề mặt và độ chính xác gia công Vì sự hình thành BUE là một hiện tượng động, ảnh hưởng trực tiếp của nó đến độ nhám bề mặt của phôi chưa được nghiên cứu rộng rãi Hầu hết các nhà nghiên cứu chọn các thông số gia công, điều kiện gia công, chẳng hạn như sử dụng chất làm mát thích hợp, để tránh sự hình thành BUE

1.3.3 Yếu tố thông số cắt

Ba thông số gia công phổ biến nhất có ảnh hưởng đáng kể đến bề mặt và độ chính xác kích thước của sản phẩm gia công và đã được nghiên cứu rộng rãi trong quá khứ là lượng chạy dao, tốc độ cắt và độ sâu cắt Ba tham số này là các tham số dễ kiểm soát nhất

so với các tham số khác trong quá trình gia công tiện Cách thức mà các tham số này ảnh hưởng đến độ hoàn thiện bề mặt phụ thuộc rất lớn vào các yếu tố khác như tính chất vật liệu của phôi, loại dụng cụ cắt được sử dụng trong quá trình gia công, sự hiện diện hay không có dung dịch làm mát, phương pháp áp dụng cách làm mát quá trình gia công và tính ổn định của máy công cụ

Các nhà nghiên cứu thường nghiên cứu ảnh hưởng của ba thông số gia công chính đến độ nhám bề mặt liên quan đến một loại vật liệu phôi cụ thể và thường bằng cách sử dụng một loại công cụ cắt cụ thể Nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số cắt đến các yếu tố khác bên cạnh độ nhám bề mặt, chẳng hạn như hao mòn dụng

cụ, lực cắt, nhiệt độ, hình thành BUE và độ rung của dao lên bề mặt hoàn thiện Nhiều nghiên cứu trong số này đã được thực hiện với mục đích tìm ra các thông số tối ưu tạo ra chất lượng bề mặt tốt nhất

Trong các thông số trên thì lượng chay dao là có ảnh hưởng lớn nhất tới độ nhám bề mặt Độ sâu của vết cắt đã được hầu hết các nhà nghiên cứu tìm thấy có ảnh hưởng ít nhất đến độ nhám bề mặt trong khi tốc độ thức ăn có ảnh hưởng đáng kể nhất Trong hầu hết các nghiên cứu này, các tác giả chỉ đo được một tham số thô, cụ thể là Ra Do Ra đại diện cho chiều cao trung bình của cấu hình bề mặt và độ mòn của công cụ dần dần do mài mòn làm thay đổi chiều cao cấu hình chỉ một chút các thông số khác nhạy cảm hơn với thay đổi

về chiều cao cấu hình

1.3.4 Yếu tố vật liệu gia công

Trong số các đặc tính vật liệu có ảnh hưởng trực tiếp đến bề mặt là độ cứng, kích thước hạt, ứng suất bề mặt còn lại, khuyết tật dưới bề mặt và tạp chất Các ảnh hưởng của vật liệu lên bề mặt thường được nghiên cứu về khả năng gia công của vật liệu Khả năng gia công được đánh giá về chất lượng hoàn thiện bề mặt, tiêu thụ năng lượng, hình thành phoi, tuổi thọ công cụ và độ chính xác kích thước của phần gia công Vật liệu mềm và dẻo như nhôm mặc dù rất dễ gia công có xu hướng tạo BUE trên dụng cụ cắt do đó dẫn đến bề mặt hoàn thiện kém Nhưng, vì các vật liệu dẻo có ứng dụng cấu trúc hạn chế, hầu hết việc cắt kim loại được thực hiện trên hợp kim của chúng Trong số các đặc tính vật liệu khác nhau ảnh hưởng đến hoàn thiện bề mặt, đặc tính dễ nghiên cứu nhất là độ cứng của vật liệu phôi So với các đặc tính khác, có thể dễ dàng đo độ cứng bằng máy đo độ cứng, chẳng hạn như máy đo độ cứng Rockwell hoặc Brinell

1.4 Khớp mềm-Flexure hinge

Khớp mềm ngày nay đã đóng một vai trò quan trọng trong những ứng dụng kỹ thuật chính xác cao, như kính hiển vi thăm dò, robot vi mô, những thiết điều chỉnh chính xác

Hình.5 Một số loại khớp mềm-Flexure hinge

Những công nghệ truyền thống, dựa trên chuyền động vít me, ray trượt, con lăn găp khó khăn để có thể đạt được độ chính xác cao do những tác động của độ dơ, ma sát và mài mòn Để khắc phục sự hạn chế của các công nghệ thông thường, các cơ cấu cơ khí dựa trên khả năng biến dạng đàn hồi của vật liệu được khai thác rộng rãi nhờ các ưu điểm đáng kể của chúng, như không hao mòn, không độ dơ và không ma sát, chi phí thấp và tương thích chân không Tuy nhiên, thiết kế Flexure Hings là khó khăn hơn và phức tạp hơn

Flexure hinge, là một mảnh nguyên khối của vật liệu, hoạt động dựa trên biến dạng đàn hồi của các cầu Các cấu trúc tham số của một khớp mềm (flexure hinge) phải đảm bảo rằng các cầu của nó hoạt động trong miền đàn hồi và không gây biến dạng dẻo Chính điều này dẫn đến hạn chế là biên độ hoạt động của khớp mềm tương đối nhỏ

Những ứng dụng phổ biến của khớp mềm có thể kể đến là khớp nối mềm, lò xo lá,

và flexure hinge

Hình.6 Cán dao được thiết kế thêm Flexure hinge

Hình 6, cho thấy cấu trúc của Flexure Hings uốn cong vòng tròn song song 1 DOF, còn được gọi là lò xo tuyến tính kép, có tính định hướng và dễ định hình cao Cơ chế uốn được coi là một lò xo dao động dưới tác động của lực tuần hoàn bên ngoài của tần số f được dẫn động bởi bộ truyền động PZT Điều đó có nghĩa là tần số của cấu trúc uốn cũng giống như tần số hoạt động của PZT

1.5 Giới thiệu về thiết bi dao động PZT-Lead zirconate titanate

Trong các bộ truyền động piezo, hiệu ứng piezo được sử dụng chính Vật liệu áp điện

cơ bản thay đổi kích thước khi một lực và / hoặc điện áp được áp dụng Đó là lý do tại sao các loại thiết bị truyền động này rất hữu ích trong các ứng dụng yêu cầu định vị chính xác các thiết bị cơ học - từ gương trên vệ tinh và kính viễn vọng đến các thiết bị y tế không từ tính và thu nhỏ

Thêm vào đó, vì các bộ truyền động áp điện tỏa ra ít nhiệt và gần như không tiêu thụ năng lượng khi hoạt động ở trạng thái năng lượng, chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lựa chọn ngành công nghiệp, bao gồm mọi thứ, từ ứng dụng ô tô và quốc phòng đến thiết

bị khoa học và điều khiển máy siêu âm

Thiết bị dao động PZT không chịu được tải kéo lớn, tải phân bố không đều, tải lệch trục, mô men uốn hoặc mô-men xoắn Để giảm lỗi lắp, đầu cầu tiếp xúc bằng gốm hoặc thép không gỉ có thể được sử dụng để giao tiếp với bộ truyền động ngăn xếp với tải Cơ cấu khớp mềm cũng được khuyến khích sử dụng

Hình.7 Cách lắp đặt PZT đúng cách và không đúng cách

1.6 Tổng quan về vật SUS304

Trong lĩnh vực luyện kim, thép không gỉ còn gọi là thép inox hay inox bắt nguồn trong tiếng Pháp inoxydable (inoxidizable) là một hợp kim thép, có hàm lượng crôm tối thiểu 10,5% theo khối lượng và tối đa 1,2% carbon theo khối lượng

Thép không gỉ nổi bật nhất là khả năng chống ăn mòn, tăng lên khi tăng hàm lượng crôm Bổ sung molypden làm tăng khả năng chống ăn mòn trong việc giảm axit và chống lại sự tấn công rỗ trong dung dịch clorua Do đó, có rất nhiều loại thép không gỉ với hàm lượng crôm và molypden khác nhau để phù hợp với môi trường mà hợp kim phải chịu đựng Khả năng chống ăn mòn và nhuộm màu của thép không gỉ, bảo trì thấp và độ bóng quen thuộc làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng đòi hỏi cả cường độ của thép và chống ăn mòn

Ngày nay, vật liệu thép không gỉ được sử dụng rộng dãi trong hầu hết các ngãnh kinh

tế bởi cơ tính tốt của nó như chống sự oxy hóa và ăn mòn Tuy nhiên, có nhiều hình dạng phức tạp và các bộ phận cần chính xác gia công cao được làm bằng thép không gỉ trong sản xuất thực tế, yêu cầu về hiệu quả gia công và độ chính xác gia công khó được đảm bảo bởi quy trình mài, mài và đánh bóng thông thường Những nhà sản xuất mong muốn có phương pháp gia công tiện nhăm nâng cao độ bóng Phương pháp dao động hỗ trợ gia công

là một trong những phương pháp đã được thử nghiệm và có kết quả khả quan

1.7 Tổng quan về dao động hỗ trợ trong gia công (VAM)

Gia công có dao động hỗ trợ (VAM-Vibration Assisted Machining) là phương pháp gia công không liên tục Trong phương pháp này thì dụng cụ cắt được bổ sung dao động với tần số cao và biên độ nhỏ để tạo ra sự không tiếp xúc liên tục giữa mũi dao và phôi Kết quả là, lực gia công có thể giảm và phoi ngắn hơn có thể được tạo ra Điều này dẫn đến việc độ nhấp nhô bề mặt gia công được cải thiện, độ chính xác của chi tiết tốt hơn khi

so sánh với gia công thông thường Tuổi thọ công cụ, đặc biệt là các dụng cụ cắt kim cương cắt vật liệu kim loại, được VAM kéo dài đáng kể khi cắt vật liệu giòn VAM cũng đã được tìm thấy để tăng độ sâu cắt cho các vật liệu dẻo, cho phép gia công các chi tiết quang học

mà không cần phải đánh bóng hay mài Có ba hướng chính mà dao động hỗ trợ thường được áp dụng vào: theo hướng chạy dao (hay hướng dọc trục), theo hướng vận tốc cắt (hay phương tiếp tuyến), theo hướng xuyên tấm Những lợi ích của việc áp dụng theo hai hướng

là hướng vận tốc cắt và hướng xuyên tâm, đã được Andreas Nestler, Andreas Schubert phân tích trong [2] rằng: phương pháp gia công có dao động siêu âm hỗ trợ cho phép tạo

ra bề mặt vi cấu trúc (microstructured surface) mà không cần những quá trình gia công khác Hơn nữa, hỗ trợ rung siêu âm theo hướng xuyên tâm hoặc hướng vận tốc cắt sẽ dẫn đến tăng ứng suất dư nén trên bề mặt gia công giúp tăng độ bền mỏi của chi tiết gia công

Áp dụng dao động siêu âm theo phương chạy dao (phương dọc trục) đã được V.I Babitsky

và các đồng nghiệp [3] chỉ ra rằng chất lượng bền mặt của chi tiết gia công có dao động siêu âm hỗ trợ có thể cải thiện từ 25-50% khi so với gia công truyền thống

Hình.8 Các hướng dao động chính của VAM

VAM 1D lần đầu tiên được sử dụng vào cuối những năm 1950 cho các ứng dụng cắt kim loại với kích thước lớn Các thí nghiệm VAM được ứng dụng gia công thép, thủy tinh

và gốm dễ vỡ đã xác nhận rằng tuổi thọ của dụng cụ cắt kim cương có thể được kéo dài và cho phép gia công các vật liệu đó với tính kinh tế hơn và cũng chứng minh sự cải tiến độ nhám bề mặt khi so sánh với các phương pháp gia công truyền thống Dao động hỗ trợ cộng hưởng 1D được ứng dụng rộng dãi theo hai phương hướng tâm và phương tiếp tuyến, với biên độ và tần số tương ứng 3-100μm và 20-40KHz Như trong hình 2, một hệ thống tạo dao động như PZT hay hệ từ giảo được sử dụng để tạo ra dao động điều hòa với tần số cao và biên độ thấp

Hình.9 Cấu tạo của1D VAM

2D VAM đã được giới thiệu vào những năm 1990 và phương pháp này cũng đã được chứng minh là giảm lực cắt và kéo dài tuổi thọ công cụ vượt quá mức đã đạt được bởi 1D VAM Trong những năm gần đây, các hệ thống như vậy đã được sử dụng để tạo ra các bề mặt có cấu trúc vi mô chính xác từ thép và vật liệu quang học, phương pháp gia công này cũng được áp dụng trên đồng hoặc nhôm, và cho kết quả độ nhám bề mặt được cải thiện

Hệ thống cộng hưởng 2D VAM tạo ra một dao động hình elip của đầu dao thông qua kết hợp dao động cộng hưởng theo hai hướng Việc áp dụng 1D và 2D trên vật liệu Al6061 đã được Reza Nosouhi và các đồng nghiệp [4] chỉ ra rằng: lực cắt giảm và chất lượng bề mặt thì tốt hơn so với gia công truyền thống, đồng thời bài báo cũng kết luận rằng lực cắt trong 2D UAT (Ultrasonic Assisted Turning) giảm nhiều hơn khi so với 1D UAT, nhưng chất lượng bề mặt của 1DUAT thì tốt hơn 2D Hình 2b và hình 3 minh họa một EVA (elliptic vibration assisted) với hai hoặc bốn PZT được hàn trên một trụ kim loại, hoặc các PZT được xếp theo hai hướng vuông góc

Hình.10 a 2D VAM với 2 PZT được xếp vuông góc; b 2D VAM với 2 PZT được

xếp song song [5]

Mặc dù VAM đã đạt đến một mức độ phát triển nhất định, bằng chứng là nó đã được

sử dụng vào gia công trong công nghiệp Nhưng sự hiểu biết về các quá trình cơ bản là hạn chế và còn rất lớn các không gian để phát triển các lý thuyết tiên đoán và mô hình định lượng mà sẽ cho phép các quá trình gia công được tối ưu hóa cho các tài liệu cụ thể và điều kiện hoạt động

Bên cạnh việc đem lại những lợi ích đã được nếu phía trên như nâng cao chất lượng

bề mặt, giảm lực cắt, nâng cáo tuổi thọ dao Thì VAM cũng có giời hạn về vận tốc gia công gây nên việc giảm năng suất

1.7.1 Phân loại VAM

Các hệ thống hoạt động theo nguyên tắc VAM có thể được chia thành hai lớp chính dựa trên tần số rung động:

 Hệ thống cộng hưởng: Hệ thống này chỉ có thể hoạt động ở các tần số riêng biệt lớn hơn 20kHz và tạo ra biên độ dịch chuyển nhỏ hơn 6 µm

 Hệ thống không cộng hưởng: Hệ thống này có thể hoạt động ở dải tần số hoạt động (≤3 kHz) cũng như biên độ lớn hơn so với hệ thống cộng hưởng Hơn nữa, các hệ thống này có thể được phân loại thành hai loại dựa trên chế độ rung được giới thiệu trong công cụ hoặc phần công việc, như trong Hình.11 và Hình.12

 VAM 1D: Hệ thống này hoạt động trong mặt phẳng song song với bề mặt chi tiết gia công cùng phương với lực cắt

 VAM 2D: Hệ thống này tạo ra chuyển động của công cụ hình elip, trong đó trục chính của hình elip thẳng hàng với lực cắt và trục phụ phù hợp với lực đẩy Biên độ dao động ở mỗi trục có thể hoặc không giống nhau và được mô

tả là biên độ dao động dọc theo trục chính (A) × biên độ dao động trong trục nhỏ (B) được biểu thị bằng A μm × B µm

Hình.11 a VAM 1 D theo phương xuyên tâm, b VAM 1D theo phương vận tốc cắt,

c VAM 1D theo phương tiến dao [2]

Hình.12 VAM2D [5]

Hình.13 Các dạng dao động của VAM [5]

1.8 Nghiên cứu tổng quan

Các nghiên cứu hiện nay thường đi theo hai hướng:

 Thứ nhất, hệ thống dao động cộng hưởng với tần số cao từ 20-40kHz và biên

độ nhỏ từ 10-15μm, và được áp dụng trên cả 1D và 2D Phương pháp này cũng được gọi là gia công tiện với dao động hỗ trợ là dao động siêu âm (Ultrasonic assisted turning -UAT)

 Thứ hai, hệ thống dao động không cộng hưởng với tần số thấp 0.5-1kHz và tần số biên độ lớn khoảng 200μm

Một số nghiên cứu về VAM đã được các nhà khoa học báo cáo trong những năm gần đây Reza Nosouhi, Saeed Behbahani, Saeed Amini, Mohammad Reza Khosrojerdi [4] Đã thực nghiệm áp dụng UAT 1D và UAT 2D trên vật liệu AL6061.Kết quả cho thấy lực cắt

và tốc độ chạy dao ảnh hưởng trực tiếp đến lực cắt Độ nhám bề mặt của UAT 1D (trong

đó biên độ dao động cao hơn) tốt hơn gia công tiện truyền thống và 2D, điều này cho thấy tầm quan trọng của biên độ dao động trong chế tạo chi tiết có chất lượng bề mặt cao sử dụng UAT Kết quả độ cứng bề mặt của phôi gia công trong ba phương pháp 1D, 2D, và gia công truyền thông không khác nhau nhiều

Feng Jiao và các đồng nghiệp [6] đã chỉ ra rằng: Ở tốc độ gia công thấp, độ nhám bề mặt trong tiện có dao động hỗ trợ siêu âm nhỏ hơn so với gia công truyền thống

[7] A Schubert, A Nestler, S Pinternagel, H Zeidler Influence of ultrasonic vibration assistance on the surface integrity in turning of the aluminum alloy AA2017 Kết quả

thí nghiệm cho thấy độ nhám bề mặt có thể bị ảnh hưởng bởi sự hỗ trợ rung siêu âm khi gia công hợp kim nhôm Có thể tạo ra các cấu trúc vi mô được xác định trước bằng cách chọn hướng rung phù hợp và xác định các thông số cắt thích hợp cũng như các thông số siêu âm Khi chuyển sang hỗ trợ rung siêu âm theo hướng vận cắt và hướng tâm, chiều rộng của các cấu trúc vi mô phụ thuộc vào lượng chạy dao s Khi dao động theo hướng tiếp tuyến với mẫu thử thì cấu trúc vi mô của bề mặt phụ thuộc vào tốc độ cắt và tần số rung

Hỗ trợ rung siêu âm theo hướng chạy dao sẽ tạo ra các cấu trúc hình sin theo hướng chu

vi Bài báo đã nêu lên được các ảnh hưởng tích cực của dao động hỗ trợ lên độ nhám bề mặt, nhưng chưa nêu đươc ảnh hưởng của các yếu tố dao động như tần số và biên độ lên chất lượng bề mặt

[8] R Muhammad, A Maurotto, A Roy, V V Silbe rschmidt Ultrasonically assisted turning of Ti -6Al-2Sn-4Zr-6Mo Trong nghiên cứu này, một mô hình phần tử hữu hạn

kết hợp cơ nhiệt 3D cho UAT và CT của Ti-6246 đã được phát triển Mô hình được sử dụng để thực hiện một nghiên cứu tham số về UAT của Ti-6246 Việc sử dụng kỹ thuật gia công có dao động hỗ trợ này đã giúp giảm đáng kể lực cắt trong quá trình gia công hợp kim Ti Tác giả đã nêu lên ảnh hưởng của tần số lên nhiệt độ và lực cắt khi ứng dụng dao độn hỗ trợ nhưng chưa nêu lên được nguyên nhân gây ra sự giảm nhiệt độ cũng như lực cắt

[9] Agostino Maurotto, Riaz Muhammad, Anish Roy, Vadim V Silberschmidt Enhanced ultrasonically assisted turning of a β-titanium alloy Sau khi thử nghiệm áp dụng UAT

(Ultrasonic Assisted Turning) cho hợp kim β-Ti kết quả đã ghi nhận sự giảm đáng kể của lực cắt, khi so sánh vơi phương pháp gia công truyền thống với cùng chế độ cắt Kết quả cũng đồng thời ghi nhận sự cải thiện trong chất lượng bề mặt của vật mẫu Lực cắt trung bình giảm xuống 70% cho độ sâu 0,5 mm Chất lượng bề mặt được quan sát để cải thiện đáng kể trong UAT

[10] K Vivekananda, G.N Arka, S.K Sahoo Finite element analysis and process parameters optimization of ultrasonic vibration assisted turning (UVT) Tác giả K

Vivekananda và các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng: phương pháp UAT là một kỹ thuật phù hợp để đạt được bề mặt chất lượng cao và yêu cầu lực cắt thấp hơn không chỉ đối với vật liệu cứng mà còn đối với vật liệu kỹ thuật thông thường, như thép không gỉ, vv Đồng thời, việc kết hợp tham số gia công tối ưu cho các thông số độ nhám khác nhau cũng đã thử nghiệm thông qua các thí nghiệm xác nhận cho thấy sự tương đồng khá tốt giữa dự đoán

về TOPSIS với phương pháp Taguchi Nhóm tác giả đã sử dụng thống kê để đưa ra các thông số tối ưu cho UVT khi gia công với tần số 20KHz và biên độ 20μm Bài báo mới dừng lại ở quan sát chứ chưa đi phân tích ảnh hưởng của các yếu tố như tần số, biên độ, chế độ cắt tới lực cắt và chất lượng bề mặt

[11] Vadim V Silberschmidt, Sameh M A Mahdy, Moustafa A Gouda, Ahmed Naseer,

Agostino Maurotto, Anish Roy Surface-roughness improvement in ultrasonically assisted turning Nhóm tác giả đã thấy rằng: phương pháp tiện kết hợp tiện truyền thống

và UAT - dẫn đến những cải tiến đáng chú ý về độ nhám bề mặt của tất cả các hợp kim

được nghiên cứu (Inconel 718, Ti 15333, X2CrNi18-9, ASTM A 48, AlMg1SiCu, CuZn37Pb2, CuSn11P, X2CrNi18-9), với sự giảm lực vốn có của nó là lý do chính cho điều này Điều này được quan sát cho tất cả các kết hợp các tham số cắt được sử dụng, và trong tất cả các vật liệu; rõ ràng, mức độ của sự cải thiện

[12] Qiang Wanga, Yongbo Wub, Jia Gu, Dong Lu, Yuebo Ji, Mitsuyoshi Nomura

Fundamental Machining Characteristics of the In-base-plane Ultrasonic Elliptical Vibration assisted Turning of Inconel 718 Các thí nghiệm tiện Inconel 718 đã được thực

hiện bằng cách áp dụng các dao động siêu âm 2D trong mặt phẳng cơ sở vào dụng cụ cắt Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực cắt và nhiệt độ cắt trong CT và UEVT đã được nghiên cứu thực nghiệm UVT có tác động giảm lực cắt và nhiệt độ ngay cả khi cắt với vận tốc cao Trong cả CT và UVT, độ nhám bề mặt theo hướng chạy dao đã được đo và độ nhám

bề mặt thí nghiệm Ra và Rz trong UEVT lớn hơn so với CT Bằng cách kiểm tra các vi sóng của các mẫu trong UEVT, các dấu rung được hình thành dọc theo hướng cắt, có tính toàn vẹn bề mặt tốt Ngược lại, vết trầy xước và vết rỗ rõ ràng đã tồn tại trên bề mặt mẫu trong CT

[13] Varun Sharma, Pulak M Pandey Optimization of machining and vibration parameters for residual stresses minimization in ultrasonic assisted turning of 4340 hardened steel Phương pháp thi nghiệm theo phương tiếp tuyến, với tần số 20 kHz, biên

độ 5 μm trên vật liệu 4340 hardened steel Nhóm tác giả đã thu đươc kết quả khả quan khi ứng dụng VAM: Biên độ rung được tìm thấy là tham số ảnh hưởng lớn nhất tới ứng xuất

dư (31 8%).Các thông số cắt khác (vận tốc ăn dao, tốc độ cắt) cũng được tìm thấy đóng góp đáng kể vào việc tạo ra ứng suất dư Tuy nhiên, độ sâu của vết cắt tác động không đáng kể tới ứng suất dư Hiện tượng cơ nhiệt kết hợp với TWCR của UAT đã được sử dụng

để giải thích cơ chế tạo ứng suất dư trong UAT Các thông số cắt được tối ưu hóa (tốc độ chạy dao = 0,1 mm / vòng, tốc độ cắt = 30 m / phút) và các thông số rung (cường độ phần trăm = 60) đã được tìm thấy dẫn đến ứng suất dư nén trong mẫu gia công

[14] S.A Sajjady, H Nouri Hossein Abadi, S Amini, R Nosouhi Analytical and experimental Study of topography of surface texture in ultrasonic vibration assisted turning Một thuật toán đã được cung cấp để mô phỏng kết cấu bề mặt trong quá trình tiện

có rung siêu âm hỗ trợ ở ba chế độ một chiều, hai chiều và ba chiều Để xác thực thuật toán

này, các thử nghiệm thử nghiệm đã được thực hiện trên Al7075-T6 So sánh kết quả của thuật toán và các thử nghiệm, thử nghiệm cho thấy kết cấu bề mặt do thuật toán mô phỏng rất phù hợp với kết quả của các thử nghiệm Cuối cùng, ảnh hưởng của các tham số gia công về tốc độ cắt và tốc độ nạp được nghiên cứu trong nhiều chế độ rung được áp dụng cho công cụ

[15] Naresh Kumar Maroju, Krishna P Vamsi, Jin Xiaoliang Investigations on feasibility

of low-frequency vibration-assisted turning Thực nghiệm dao động theo phương vận

tốc cắt với tần số 500Hz, biên độ 200μm Nhóm tác giả nhận thấy rằng: các mô phỏng FE cho thấy hỗ trợ rung trong dao động với tần số thấp LVAT (Low-frequency Vibration Asissted Turning) làm giảm ứng suất, lực cắt và nhiệt độ trung bình lần lượt là 40, 33 và 22% khi gia công tiện Ti6Al4V Các mô phỏng FE cũng chứng minh thêm rằng LVAT có khả năng giảm ứng suất, lực cắt và nhiệt độ khoảng 45, 35 và 25% khi gia công cắt AISI

4340 và Al 2024-T351 Đối với Ti6Al4V và Al2024-T351 mài mòn dụng cụ giảm so với

pp gia công truyền thống Đối với AISI 4340 thì không thấy sự khác nhau Vì thế có thể kết luận rằng LVAT có cải thiện tuổi thọ của dụng cụ cắt khi gia công những vật liệu mềm

và vừa Bài báo đã nêu lên được ảnh hưởng của tần số và biên độ lên nhiệt độ, lực cắt và ứng suất

Các nghiên cứu trên phần lớn nghiên cứu trong hệ thống cộng hưởng, một số ít nghiên cứu về hệ thống không cộng hưởng Các phương của dao dộng hỗ trợ chủ yếu là theo phương vận tốc cắt và phương xuyên tâm khi áp dụng 1D, còn đối với 2D thì thường kết hợp phương vận tốc cắt và phương xuyên tâm, hay phương xuyên tâm và phương tiến dao Việc chế tạo các bộ dao động với tần số cao hoặc biên độ lớn là hết sức khó khăn và tốn kém dẫn đến khó việc áp dụng vào thực tế Chính vì vậy việc nghiên cứu áp dụng VAM với tần số thấp và biên độ thấp là nhu cầu cần thiết hiện nay

1.9 Đối tượng và phạm vi của nghiên cứu

1.9.1 Đối tượng của nghiên cứu

Độ nhám bề mặt và gia công tiện có sử dụng dao động hỗ trợ

1.9.2 Phạm vi của nghiên cứu

Nghiên cứu những ảnh hưởng của biên độ và tần số dao động hỗ trợ lên độ nhám bề mặt chi tiết Với tần số F=0.25-1kHz, biên độ A=1-6μm

Phương pháp gia cộng tiện trụ ngoài

Phương dao dộng hỗ trợ theo phương dọc trục sử dụng cán dao có khớp mềm Nguồn tao dao động là PZT

Vật liệu gia công: SUS304

1.10 Mục tiêu của nghiên cứu

Tiến hành nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm dao động hỗ trợ theo phương chạy dao trong tiện, nhằm đưa ra các mối liên hệ của tần số dao động hỗ trợ (F), biên độ của dao động hỗ trợ (A) tới độ nhám bề mặt

bỏ lớp kim loại dưới dạng phoi

Gia công cắt gọt được thực hiện ở nhiệt độ bình thường của môi trường (cả trước và sau nguyên công nhiệt luyện) Nó cho độ bóng và độ chính xác cao hơn các phương pháp gia công hàn, đúc, rèn, dập nóng…

Phương pháp gia công bằng cắt gọt chiếm 30% khôi lượng công việc gia công cơ khí

và trong tương lai có thể nhiều hơn

Ba hoạt động cắt được sử dụng rộng rãi nhất là:

Hình.14 Mô tả các thông số trong cắt gọt

 d- đường kính của chi tiết sau khi chay dao (mm)

 D- đường kính của chi tiết trước khi chạy dao (mm)

2.1.3 Lượng chạy dao s (mm/ vòng)

Là khoảng dịch chuyển của dao theo hướng chuyển động tịnh tiến của dao sau một vòng quay của chi tiết

Hình.15 Lượng chạy dao s

2.1.4 Vận tốc cắt V

Là khoảng dịch chuyển tương đối của lưỡi dao đối với bề mặt chi tiết gia công trong một đơn vị thời gian theo phương của chuyển động cắt chính trong một đơn vị thời gian Tính gần đúng vận tốc cắt khi tiện:

…những chi phí này tính vào giá thành sản phẩm

Vậy vận tốc cắt hợp lý là tốc độ vừa đảm bảo năng suất cao nhất, vừa đảm bảo giá thành hạ thấp