Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn dao tiện đến độ nhám bề mặt

Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn dao tiện đến độ nhám bề mặt Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn dao tiện đến độ nhám bề mặt Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn dao tiện đến độ nhám bề mặt Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn dao tiện đến độ nhám bề mặt Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn dao tiện đến độ nhám bề mặt

xiii

TÓM TẮT

Đề tài “nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn dao tiện đến độ nhám bề mặt” là rất cần thiết nhằm nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết trong gia công tiện

Trong đề tài này, tác giả trình bày nguyên lý giảm chấn cho cán dao tiện, sau

đó tiến hành thực nghiệm với cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn theo 3 phương án khác nhau kết hợp với 4 đối trọng có khối lượng tương ứng là 12.62 (g), 11.83 (g), 11.04 (g), 9.07 (g) và 7 lò xo có độ cứng tương ứng là 400 (N/m), 500 (N/m), 1647 (N/m), 1806 (N/m), 2800 (N/m), 2947 (N/m), 3733 (N/m) Các kết quả cho thấy, trong cùng một điều kiện cắt gọt thì biên độ dao dộng góc Roll (góc Roll là góc xoay quanh trục cán dao tiện do hợp lực Px và Pz gây ra) của cán dao tiện giảm chấn nhỏ hơn so với cán dao tiện thường và độ nhám bề mặt chi tiết gia công cũng tốt hơn Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào khối lượng đối trọng và độ cứng lò xo, khối lượng đối trọng và độ cứng lò xo càng tăng thì độ nhám bề mặt càng tốt và ổn định hơn

Kết quả nghiên cứu này là cơ sở để đánh giá độ nhám bề mặt của chi tiết khi gia công bằng cán dao tiện giảm chấn

xiv

ABSTRACT

Subject “Study on a damping system for the toolholder in a turning process’’

is really necessary in order to improve the surface quality of workpieces during manufacturing

In this research, we perform the principle of avoid the turning cutting tool damper and do some experiments with some turning cutting holders which are assembled three different kinds of dampers that have four weights of 12.62 (g), 11.83 (g), 11.04 (g), 9.07 (g) and seven different hardness springs of 400 (N/m),

500 (N/m), 1647 (N/m), 1806 (N/m), 2800 (N/m), 2947 (N/m), 3733 (N/m) The results show that, for the same cutting conditions, the Roll amplitude vibration angles (It is around angle of turning cutting tool and depended on Px and Py force directions) of turning cutting holder are smaller than the normal one and the surface roughness of workpieces are also better Also, the surface roughness are depending

on the weight and hardness of springs, if these factors are increased, the surface roughness will be better and stability

The results in this research can be used to evaluate the surface roughness of workpieces using cutting tool damper

xv

MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC III LỜI CAM ĐOAN XI LỜI CẢM ƠN XII TÓM TẮT XIII ABSTRACT XIV MỤC LỤC XV DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU XVIII DANH SÁCH CÁC BẢNG XXI DANH SÁCH CÁC HÌNH XXIII

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Dụng cụ cắt giảm chấn 1

1.1.1 Dao giảm chấn 1

1.1.2 Các kết cấu cơ bản 2

1.2 Tình hình nghiên cứu 3

1.2.1 Trên thế giới 3

1.2.2 Trong nước 8

1.3 Tính cấp thiết đề tài 10

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 11

1.5 Nhiệm vụ, giới hạn và phương pháp nghiên cứu 11

1.5.1 Nhiệm vụ 11

1.5.2 Giới hạn đề tài 11

1.5.3 Phương pháp nghiên cứu 12

1.6 Bố cục đề tài 12

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14

xvi

2.1 Lý thuyết về độ nhám 14

2.1.1 Khái niệm độ nhám 14

2.1.2 Chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt 15

2.1.3 Ảnh hưởng của độ nhám đến tính chất làm việc và độ bền của chi tiết 16

2.1.4 Phương pháp đánh giá độ nhám 18

2.2 Lý thuyết về rung động 18

2.2.1 Rung động 18

2.2.2 Các loại rung động và nguyên nhân gây ra rung động 19

2.2.3 Rung động trong quá trình cắt gọt 21

2.2.4 Giải pháp để giảm rung động trong quá trình cắt gọt 21

2.2.5 Phương trình dao động 22

2.3 Lý thuyết về quá trình tiện 27

2.3.1 Các chuyển động khi tiện 27

2.3.2 Lực cắt khi tiện 28

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới rung động khi gia công tiện 32

2.3.4 Chất lượng bề mặt gia công 34

2.4 Cán dao giảm chấn của hãng Sandvik 37

2.4.1 Cấu tạo cán dao giảm chấn 37

2.4.2 Nguyên lý giảm chấn trong cán dao 38

2.4.3 Ưu - Nhược điểm khi sử dụng cán dao giảm chấn 39

2.4.4 Tính kinh tế trong đầu tư dụng cụ cắt giảm chấn 39

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM 41

3.1 Mô hình toán học 41

3.1.1 Cán dao thiết kế theo phương án I 41

3.1.2 Cán dao thiết kế theo phương án II 45

3.1.3 Cán dao thiết kế theo phương án III 49

3.2 Chế tạo thử nghiệm 51

CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 54

xvii

4.1 Trình tự tiến hành thí nghiệm 54

4.1.1 Xác định mục tiêu thí nghiệm 54

4.1.2 Xác định các yếu tố thí nghiệm 54

4.1.3 Xác định điều kiện thí nghiệm 55

4.1.4 Xác định số lượng thí nghiệm lặp lại 63

4.1.5 Cách tiến hành thí nghiệm 64

4.2 Thí nghiệm 65

4.2.1 Hệ tọa độ của cảm biến đo rung động 65

4.2.2 Cán dao tiện giảm chấn theo phương án I 67

4.2.3 Cán dao tiện giảm chấn theo phương án II 76

4.2.4 Cán dao tiện giảm chấn theo phương án III 85

4.2.5 Kết luận lựa chọn phương án thiết kế 94

4.3 Đánh giá và phân tích kết quả độ nhám bề mặt chi tiết 95

4.3.1 Cán dao giảm chấn sử dụng con trượt A 95

4.3.2 Cán dao giảm chấn sử dụng con trượt B 97

4.3.3 Cán dao giảm chấn sử dụng con trượt C 98

4.3.4 Cán dao giảm chấn sử dụng con trượt D 100

4.3.5 Kết luận lựa chọn phương án thiết kế 102

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 103

5.1 Kết luận 103

5.2 Hướng phát triển đề tài 104

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

PHỤ LỤC 106

xix

B1: Cán dao sử dụng con trƣợt B (mB = 11,83 g) với lò xo 1 (K1 = 400 N/m) B2: Cán dao sử dụng con trƣợt B (mB = 11,83 g) với lò xo 2 (K2 = 500 N/m) B3: Cán dao sử dụng con trƣợt B (mB = 11,83 g) với lò xo 3 (K3 = 1647 N/m) B4: Cán dao sử dụng con trƣợt B (mB = 11,83 g) với lò xo 4 (K4 = 1806 N/m) B5: Cán dao sử dụng con trƣợt B (mB = 11,83 g) với lò xo 5 (K5 = 2800 N/m) B6: Cán dao sử dụng con trƣợt B (mB = 11,83 g) với lò xo 6 (K6 = 2947 N/m) B7: Cán dao sử dụng con trƣợt B (mB = 11,83 g) với lò xo 7 (K7 = 3733 N/m) C1: Cán dao sử dụng con trƣợt C (mC = 11,04 g) với lò xo 1 (K1 = 400 N/m) C2: Cán dao sử dụng con trƣợt C (mC = 11,04 g) với lò xo 2 (K2 = 500 N/m) C3: Cán dao sử dụng con trƣợt C (mC = 11,04 g) với lò xo 3 (K3 = 1647 N/m) C4: Cán dao sử dụng con trƣợt C (mC = 11,04 g) với lò xo 4 (K4 = 1806 N/m) C5: Cán dao sử dụng con trƣợt C (mC = 11,04 g) với lò xo 5 (K5 = 2800 N/m) C6: Cán dao sử dụng con trƣợt C (mC = 11,04 g) với lò xo 6 (K6 = 2947 N/m) C7: Cán dao sử dụng con trƣợt C (mC = 11,04 g) với lò xo 7 (K7 = 3733 N/m) D1: Cán dao sử dụng con trƣợt D (mD = 9,07 g) với lò xo 1 (K1 = 400 N/m) D2: Cán dao sử dụng con trƣợt D (mD = 9,07 g) với lò xo 2 (K2 = 500 N/m) D3: Cán dao sử dụng con trƣợt D (mD = 9,07 g) với lò xo 3 (K3 = 1647 N/m) D4: Cán dao sử dụng con trƣợt D (mD = 9,07 g) với lò xo 4 (K4 = 1806 N/m) D5: Cán dao sử dụng con trƣợt D (mD = 9,07 g) với lò xo 5 (K5 = 2800 N/m)

xx

D6: Cán dao sử dụng con trƣợt D (mD = 9,07 g) với lò xo 6 (K6 = 2947 N/m) D7: Cán dao sử dụng con trƣợt D (mD = 9,07 g) với lò xo 7 (K7 = 3733 N/m)

dR (góc Roll): là góc xoay quanh thân cán dao tiện do hợp lực Px và Pz gây ra

dP (góc Pitch): là góc xoay quanh thân cán dao tiện trong mặt phẳng thẳng đứng

do lực Pz gây ra

xxi

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Độ cứng lò xo 59

Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật của cảm biến MPU - 9150 60

Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật của máy tiện TX-2 CNC LATHE 61

Bảng 4.4a: Thông số kỹ thuật máy đo độ nhám Surftest SJ - 210 62

Bảng 4.4b: Thông số kỹ thuật máy đo độ cứng Rockwell FR-1AN 63

Bảng 4.4c: Bảng thứ tự phôi thí nghiệm 64

Bảng 4.5: Biên độ dao động góc Roll (dR) 68

Bảng 4.6: Biên độ dao động trung bình góc Roll khi gia công thép C30 69

Bảng 4.7: Biên độ dao động góc Pitch (dP) 71

Bảng 4.8: Biên độ dao động trung bình góc Pitch khi gia công thép C30 72

Bảng 4.9: Bảng giá trị trung bình độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện bằng cán dao tiện giảm chấn theo phương án I 74

Bảng 4.10: Bảng so sánh giá trị độ nhám bề mặt chi tiết khi sử dụng cán dao tiện giảm chấn theo phương án I so với cán dao tiện thường 75

Bảng 4.11: Biên độ dao động góc Roll (dR) 77

Bảng 4.12: Biên độ dao động trung bình góc Roll khi gia công thép C30 78

Bảng 4.13: Biên độ dao động góc Pitch (dP) 80

Bảng 4.14: Biên độ dao động trung bình góc Pitch khi gia công thép C30 81

Bảng 4.15: Bảng giá trị trung bình độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện bằng cán dao tiện giảm chấn theo phương án II 83

Bảng 4.16: Bảng so sánh giá trị độ nhám bề mặt chi tiết khi sử dụng cán dao tiện giảm chấn theo phương án II so với cán dao tiện thường 84

Bảng 4.17: Biên độ dao động góc Roll (dR) 86

Bảng 4.18: Biên độ dao động trung bình góc Roll khi gia công thép C30 87

Bảng 4.19: Biên độ dao động góc Pitch (dP) 89

Bảng 4.20: Biên độ dao động trung bình góc Pitch khi gia công thép C30 90

Bảng 4.21: Bảng giá trị trung bình độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện bằng cán dao tiện giảm chấn theo phương án III 92

xxii

Bảng 4.22: Bảng so sánh giá trị độ nhám bề mặt chi tiết khi sử dụng cán dao tiện giảm chấn theo phương án III so với cán dao tiện thường 93 Bảng 4.23: Bảng so sánh các phương án thiết kế của cán dao giảm chấn so với cán dao thường 94 Bảng 4.24: Bảng giá trị độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện bằng các cán dao giảm chấn

sử dụng con trượt A 95 Bảng 4.25: Bảng giá trị độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện bằng các cán dao giảm chấn

sử dụng con trượt B 97 Bảng 4.26: Bảng giá trị độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện bằng cán dao giảm chấn sử dụng con trượt C 98 Bảng 4.27: Bảng giá trị độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện bằng cán dao giảm chấn sử dụng con trượt D 100 Bảng 4.28: Bảng so sánh độ nhám bề mặt chi tiết khi sử dụng cán dao giảm chấn so với cán dao thường 102

xxiii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Cán dao tiện chống rung 2

Hình 1.2: Cán dao phay chống rung 2

Hình 1.3: Cán dao doa chống rung 2

Hình 1.4: Cấu tạo cán dao giảm chấn [1] 3

Hình 1.5: Cán dao phay giảm chấn [1] 3

Hình 1.6: Sơ đồ lực cắt chính và lực giảm chấn của cơ cấu MR [3] 4

Hình 1.7: Sơ đồ cơ cấu giảm chấn MR [3] 4

Hình 1.8: Dụng cụ cắt giảm chấn [3] 5

Hình 1.9: Cơ cấu giảm chấn dao tiện với tấm đỡ [3] 7

Hình 1.10: Mô hình động học của quá trình phay [3] 8

Hình 2.1: Các loại nhấp nhô trên bề mặt chi tiết 14

Hình 2.2: Prôfin trên bề mặt xét theo Ra 15

Hình 2.3: Prôfin trên bề mặt xét theo Rz 16

Hình 2.4: Độ nhám ảnh hưởng đến tính chống mòn 16

Hình 2.5: Độ nhám ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết 17

Hình 2.6: Độ nhám ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn 17

Hình 2.7: Độ nhám ảnh hưởng đến độ chính xác mối ghép 18

Hình 2.8: Hệ thống công nghệ 19

Hình 2.9: Các liên kết của dầm 24

Hình 2.10: Dầm console chịu uốn 24

Hình 2.11: Sơ đồ chuyển vị của thanh do lực dọc trục tác dụng 25

Hình 2.12: Mô hình vật lý của hệ giảm chấn 26

Hình 2.13: Các chuyển động khi tiện 28

Hình 2.14: Phân tích lực cắt khi tiện 29

Hình 2.15: Hợp lực cắt khi tiện 30

Hình 2.16: Lực tác dụng của dao vào phôi 31

Hình 2.17: Quan hệ giữa V và biến dạng 33

Hình 2.18: Quan hệ giữa φ và biến dạng 34

xxiv

Hình 2.19: Dao có R = 0 35

Hình 2.20: Dao có R ≠0 36

Hình 2.21: Ảnh hưởng của V và góc thoát γ đến bề mặt 36

Hình 2.22: Cấu tạo cán dao giảm chấn 37

Hình 2.23: Cán dao phay giảm chấn 38

Hình 2.24: Đồ thị thể hiện quá trình tắt rung động của cán dao thường và dao 38

Hình 3.1: Sơ đồ chuyển vị của cán dao tiện do lực Pz tác dụng 41

Hình 3.2: Mô hình vật lý của cán dao tiện giảm chấn theo phương án I 43

Hình 3.3: Sơ đồ chuyển vị của cán dao tiện do lực Px tác dụng 45

Hình 3.4: Mô hình vật lý của cán dao tiện giảm chấn theo phương án II 47

Hình 3.5: Sơ đồ chuyển vị của cán dao tiện do lực Py tác dụng 49

Hình 3.6: Mô hình vật lý của cán dao tiện giảm chấn theo phương án III 50

Hình 3.7: Mô hình cơ cấu giảm chấn 52

Hình 3.8: Mô hình cán dao tiện thường 52

Hình 3.9: Mô hình cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn theo phương án I 53

Hình 3.10: Mô hình cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn theo phương án II 53

Hình 3.11: Mô hình cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn theo phương án III 53

Hình 4.1: Cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn theo phương án I 55

Hình 4.2: Cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn theo phương án II 56

Hình 4.3: Cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn theo phương án III 56

Hình 4.4: Cán dao thường 57

Hình 4.5: Gá dao khi tiện 57

Hình 4.6: Mảnh insert 58

Hình 4.7: Bản vẽ chi tiết thí nghiệm 58

Hình 4.8: Bản vẽ gá phôi 58

Hình 4.9: Con trượt thí nghiệm 59

Hình 4.10: Cảm biến đo rung động thí nghiệm [11] 60

Hình 4.11: Máy tiện TX-2 CNC LATHE 61

Hình 4.12: Máy đo độ nhám Surftest SJ - 210 61

xxv

Hình 4.13: Máy đo độ cứng Rockwell FR-1AN 63 Hình 4.14: Hệ tọa độ của cảm biến đo rung động 66 Hình 4.15: Cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn theo phương án I 67 Hình 4.16: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa độ cứng lò xo K với biên độ dao động góc dR của cán dao giảm chấn theo phương án I 69 Hình 4.17: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa độ cứng lò xo K với biên độ dao động góc dP của cán dao giảm chấn theo phương án I 72 Hình 4.18: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa độ cứng lò xo K với độ nhám bề mặt chi tiết khi sử dụng cán dao giảm chấn theo phương án I 75 Hình 4.19: Cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn theo phương án II 76 Hình 4.20: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa độ cứng lò xo K với biên độ dao động góc dR của cán dao giảm chấn theo phương án II 78 Hình 4.21: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa độ cứng lò xo K với biên độ dao động góc dP của cán dao giảm chấn theo phương án II 81 Hình 4.22: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa độ cứng lò xo K với độ nhám bề mặt chi tiết khi sử dụng cán dao giảm chấn theo phương án II 84 Hình 4.23: Cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn theo phương án III 85 Hình 4.24: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa độ cứng lò xo K với biên độ dao động góc dR của cán dao giảm chấn theo phương án III 87 Hình 4.25: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa độ cứng lò xo K với biên độ dao động

dP của cán dao giảm chấn theo phương án III 90 Hình 4.26: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa độ cứng lò xo K với độ nhám bề mặt chi tiết khi sử dụng cán dao giảm chấn theo phương án III 93 Hình 4.27: Biểu đồ so sánh độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện bằng các cán dao giảm chấn sử dụng con trượt A 96 Hình 4.28: Biểu đồ so sánh độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện bằng các cán dao giảm chấn sử dụng con trượt B 97 Hình 4.29: Biểu đồ so sánh độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện bằng các cán dao giảm chấn sử dụng con trượt C 99

xxvi Hình 4.30: Biểu đồ so sánh độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện bằng các cán dao giảm chấn sử dụng con trƣợt D 101

1

Chương 1 TỔNG QUAN1.1 Dụng cụ cắt giảm chấn

1.1.1 Dao giảm chấn

- Trong quá trình gia công có nhiều trường hợp bề mặt gia công khó tiếp cận Cán dao cần gá dài, cán dao không cứng vững dễ xảy ra rung động Chiều dài cán dao gấp 5 lần đường kính được xem cán dao gá dài, giải pháp có thể giảm rung động là cán dao giảm chấn

- Cán dao giảm chấn thu hút được nhiều quan tâm trong lĩnh vực dụng cụ cắt gọt kim loại Được thiết kế để giảm rung động trong quá trình cắt với hệ thống giảm chấn ở bên trong cán dao Phần lớn các trường hợp cần sử dụng cán dao giảm chấn trong những trường hợp khó tiếp cận bề mặt gia công, yêu cầu gá dao dài mà vẫn tăng năng suất cắt gọt và cải thiện chất lượng bề mặt gia công

- Cán dao giảm chấn không phải loại bỏ hoàn toàn rung động trong toàn bộ quá trình cắt Nhưng cán dao giảm chấn là một trong những biện pháp giúp giảm thiểu hiện tượng rung động trong suốt quá trình cắt Rung động khi dao mới vào cắt, khi lẹo dao hoặc phôi biến cứng… giảm rung động hiệu quả và trong suốt quá trình gia công, giúp cải thiện năng suất, hiệu quả trong quá trình cắt

- Rung động thường làm hạn chế giá trị của các tham số chế độ cắt như vận tốc cắt, bước tiến và chiều sâu cắt Đây là 3 yếu tố chế độ cắt có thể thay đổi phù hợp quá trình gia công Hạn chế giá trị chế độ cắt làm giảm năng suất trong quá trình gia công Bằng cách sử dụng cán dao giảm chấn nhà sản xuất có thể tăng các giá trị các tham số chế độ cắt mà vẫn đảm bảo an toàn và giảm thiểu rung động, dung sai kích thước và chất lượng bề mặt Tăng năng suất bóc tách kim loại, giảm thời gian gia công qua đó giảm chi phí sản xuất

Hình 1.2: Cán dao phay chống rung

Hình 1.3: Cán dao doa chống rung 1.1.2 Các kết cấu cơ bản

- Cán dao giảm chấn tiện, phay và doa có cấu tạo giống nhau đƣợc sản xuất từ hãng Sandvik có cấu tạo rất đặc biệt

- Bên trong cán dao giảm chấn là một hệ thống giảm chấn bao gồm: Phần thân là một khối kim loại đƣợc xem là đối trọng, đƣợc giữ ở giữa nhờ hai miếng đệm cao

su Bên trong có một loại dầu đặc biệt để tăng khả năng giảm chấn (hình 1.4, hình 1.5)

3

- Trong quá trình cắt tạo ra rung động cắt thì hệ thống giảm chấn tạo ra rung động hấp thụ rung động cắt, giảm rung động trong quá trình gia công

Hình 1.4: Cấu tạo cán dao giảm chấn [1]

Hình 1.5: Cán dao phay giảm chấn [1]

1.2 Tình hình nghiên cứu

1.2.1 Trên thế giới

+ Bài báo “Effect of magneto rheological damper on tool vibration during hard turning” của P Sam Paul, năm 2012 [3]: tác giả sử dụng cơ cấu giảm chấn sử dụng dòng lưu biến điện từ (MR) khi tiện thép AISI 4340 với độ cứng 46HRC, kết quả làm giảm rung động hơn so với cán dao thường (Hình 1.6)

4

Hình 1.6: Sơ đồ lực cắt chính và lực giảm chấn của cơ cấu MR [3]

+ Bài báo “Effect of nanoparticles on the performance of magnetorheological fluid damper during hard turning process” của P Sam Paul, năm 2015 [3]: tác giả sử dụng cơ cấu giảm chấn sử dụng dòng lưu biến điện từ (MR) khi tiện thép AISI 4340 với độ cứng 46HRC Tác giả làm giảm nhiệt độ và tăng độ nhớt của dòng MR bằng cách cho các hạt nano với aluminium oxide (0.1% ) và titanium oxide (0.2%), kết quả làm tăng đặc tính cắt gọt hơn (Hình 1.7)

Hình 1.7: Sơ đồ cơ cấu giảm chấn MR [3]

+ Bài báo “Development of designs of damping cutting tools” của V V Malyhin, E I Yatsun, Yu N Seleznev, and S G Novikov, năm 2016 [3]: Trong đề tài nhóm tác giả tập trung nghiên cứu thiết kế và đề xuất cơ cấu giảm chấn nhằm

5

kiểm soát độ ổn định dụng cụ cắt trong quá trình cắt gọt và cải thiện chất lượng bề mặt gia công Cơ sở lý thuyết và mô hình thực nghiệm dụng cụ cắt dựa vào việc xác định sự thay đổi không theo quy luật của cấu trúc tế vi bề mặt sản phẩm Nhóm tác giả chế tạo mô hình cơ cấu giảm chấn dao tiện gồm hai nửa chi tiết bạc lót (4) và (5) lắp ghép với nhau Các vít điều chỉnh (7) được sử dụng trên bạc lót nhằm điều chỉnh

và cố định thân cán dao tiện (3) Cán dao tiện (3) sẽ được lắp bên trong chi tiết (6) được chế tạo từ vật liệu đặc biệt cho chức năng giảm chấn Cuối cùng là mảnh dao tiện hợp kim (1) được lắp trên cán dao và được cố định bằng cơ cấu đồ gá (2) như hình 1.8 dưới đây Chi tiết giảm chấn (6) có nhiệm vụ cách ly cán dao tiện khỏi cơ cấu đồ gá trên máy tiện nhằm giảm biên độ dao động trong quá trình gia công Kết quả thí nghiệm cho thấy chất lượng bề mặt gia công được cải thiện rõ rệt và giá trị

độ nhám bề mặt Ra giảm đến 20 – 40% khi gia công tiện có sử dụng cơ cấu giảm chấn Độ dao động cán dao tiện được khảo sát bằng thiết bị chuyển đổi rung động

cơ thành tín hiệu số với chức năng đo gia tốc dao động cho thấy cơ cấu giảm chấn giúp làm giảm dao động lên đến 30% so với các giá trị trung bình khi gia công trên các dao tiện thông thường Trên cơ sở kết quả thực nghiệm nhóm tác giả khẳng định

cơ cấu giảm chấn được sử dụng giúp giảm độ dao động cán dao cũng như giảm va đập trong quá trình gia công tiện

Hình 1.8: Dụng cụ cắt giảm chấn [3]

6

+ Bài báo “Improving performance of CBN cutting tools by increasing their damping properties” của L N Devin, A A Osadchii, năm 2012 [3]: Trong đề tài nghiên cứu nhóm tác giả tập trung thiết kế kết cấu dụng cụ cắt cải tiến bằng cách tích hợp các chi tiết đặc biệt với chức năng giảm chấn nhằm mục đích cải thiện độ

ổn định dụng cụ cắt do dao động trong quá trình gia công Trên cơ sở đó, đề tài nghiên cứu sự ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn đến biên độ dao động dụng cụ cắt, tuổi thọ dụng cụ cắt vật liệu CBN và chất lượng độ nhám bề mặt sau gia công Nhóm tác giả dựa trên các kết quả thí nghiệm giảm chấn tham khảo như sử dụng chi tiết giảm rung động, mạ phủ lớp vật liệu đặc biệt lên lưỡi cắt hoặc sử dụng cán dao với vật liệu giảm chấn đặc biệt Từ đó các tác giả đưa ra mô hình cơ cấu giảm chấn như hình 1.9 dưới đây với các chi tiết chế tạo từ vật liêu giảm chấn đặc biệt Cấu tạo chính của cơ cấu gồm mảnh dao vuông CBN (1) được gá đặt và kẹp chặt giữa hai chi tiết giảm chấn (2) bằng cơ cấu gá dao (4) Một gia tốc kế (3) được lắp đặt ngay đầu cán dao có nhiệm đo gia tốc rung động của dao tiện trong quá trình gia công Trong quá trình thí nghiệm, nhóm tác giả tiến hành cắt gọt với các chế độ cắt khác nhau trên vật liệu có độ cứng lên đến 60 – 62 HRC và tiến hành đo gia tốc rung động cho các trường hợp này Kết quả cho thấy việc sử dụng cơ cấu giảm chấn dao tiện giúp tăng độ ổn định cũng như khử độ rung động dụng cụ đáng kể trong quá trình gia công Kết quả thực nghiệm cũng cho thấy cơ cấu giảm chấn giúp làm giảm lực thành phần Py và Pz trên cán dao tiện Khi tăng tốc độ cắt thì nhiệt độ vùng cắt tăng và chi tiết nóng lên dẫn đến độ rung động giảm theo Ngược lại nếu tăng tốc độ tiến dao thì dẫn đến lực cắt sẽ lớn làm tăng biên độ dao động dao cắt Việc sử dụng vật liệu TiNi chế tạo chi tiết giảm chấn giúp làm giảm biên độ rung động và tăng tuổi thọ dụng cụ đặc biệt trong các trường hợp tiện vật liệu cứng như 5KhGSA, KhVG và U8 Ngoài ra vật liệu TiNi chế tạo chi tiết giảm chấn còn giúp làm giảm giá trị độ nhám bề mặt Ra lên đến 35 – 45% Tóm lại việc sử dụng cơ cấu giảm chấn

có khả năng sử dụng thích hợp cho quá trình gia công các vật liệu có độ cứng trên

60 HRC với tốc độ cắt lớn hơn 2 m/s

7

1 – insert cắt cBN; 2 – tấm đỡ giảm chấn; 3 – gia tốc kế; 4 – mỏ kẹp chặt

Hình 1.9: Cơ cấu giảm chấn dao tiện với tấm đỡ [3]

+ Bài báo “Bifurcation analysis of milling process with tool wear and process damping: regenerative chatter with primary resonance” của Hamed Moradi, Mohammad R Movahhedy, Gholamreza Vossoughi, năm 2012 [3]: Trong đề tài nghiên cứu nhóm tác giả tập trung khảo sát ảnh hưởng của độ mài mòn và rung động dụng cụ cắt thông qua các hiện tượng lực cắt phân bố không đồng đều trong quá trình gia công phay Các thông số được khảo sát bao gồm độ mòn dụng cụ cắt,

cơ cấu giảm chấn và sự phục hồi rung động phi tuyến trong quá trình gia công Từ

đó chu kỳ dao động, chu kỳ tuần hoàn và bất ổn định của dụng cụ cắt được khảo sát trong quá trình phục hồi rung động thiết bị Thông số cộng hưởng (gây ra do sự sai lệch các lưỡi cắt trong quá trình rung động), độ giảm chấn (do cơ cấu giảm chấn tạo nên) và sự mài mòn dụng cụ cắt được khảo sát như là các thông số độc lập trong quá trình thí nghiệm Các tác giả sử dụng mô hình động lực học dụng cụ cắt như hình 1.10 dưới đây khi phân tích quá trình phay định hình với việc khảo sát các thông số về độ mài mòn dụng cụ, cơ cấu giảm chấn và rung động phi tuyến thiết bị Việc khảo sát rung động dụng cụ cắt được thực hiện với các chế độ gia công khác nhau gồm tốc độ, chiều sâu cắt và số lưỡi cắt Các thông số khảo sát độ mài mòn dụng cụ cắt bao gồm độ ăn mòn vật liệu, tỏa nhiệt, độ bám dính phoi, sự oxy hóa lớp bề mặt và độ nứt bề mặt do ảnh hưởng tác động cơ học Nhóm tác giả tập trung khảo sát sự giảm chấn trong quá trình cắt gọt gồm hai loại là giảm chấn kết cấu và giảm chấn quy trình Bỏ qua các ảnh hưởng khác, đề tài tập trung nghiên cứu ảnh

8

hưởng của lực cắt và lớp phoi bám dính trên lưỡi cắt Kết quả cho thấy biên độ rung động dụng cụ giảm khi tần số và chu trình giảm chấn tăng lên Nhóm tác giả cũng nhận thấy khi chu trình làm việc của các lưỡi cắt lệch pha so với tần số rung động thì biên độ rung động sẽ được hạn chế đáng kể Ngoài ra khi độ mài mòn lưỡi cắt lớn sẽ làm biên độ rung động tăng lên

Hình 1.10: Mô hình động học của quá trình phay [3]

1.2.2 Trong nước

- Trong những năm gần đây, nền công nghiệp Việt Nam đạt được tốc độ tăng trưởng mạnh về mặt sản xuất và xuất khẩu Nước ta tham gia thị trường kinh tế thế giới theo trào lưu toàn cầu hóa Năm 1996 nước ta gia nhập khu vực thương mại tự

do ASEAN (AFTA), gia nhập WTO đầu năm 2007 và cuối năm 2015 các nước ASEAN hình thành cộng kinh kế ASEAN (AEC) Việt Nam thừa nhận nền kinh tế thị trường, tiến hành tự do thương mại với các nước trong khu vực và các nước trên thế giới Mở ra nhiều cơ hội, đồng thời cũng thách thức nền kinh tế trong nước, thách thức trực tiếp đối với nền công nghiệp hóa của Việt Nam Mở rộng thương mại, sự cạnh tranh giữa các sản phẩm ngày càng gay gắt Nền công nghiệp phát triển đi đôi với việc phát triển thiết bị, thiết bị phát triển thì quá trình sản xuất, dụng

cụ cắt phải phát triển Yêu cầu cần có các biện pháp cải tiến để tăng năng suất, giảm giá thành và tăng chất lượng chi tiết gia công

9

- Trong đại hội Đảng toàn quốc lần thứ X đã xác định Thực hiện đất nước theo hướng công nghiệp hóa và hiện đại hóa, trong đó ngành cơ khí giữ vai trò nền tảng Chuyển đổi căn bản từ nền kinh tế nông nghiệp sang nền kinh tế công nghiệp Yêu cầu đặt ra cần có nhiều chính sách ưu tiên trong lĩnh vực cơ khí Ngày nay, thiết bị

sử dụng gia công cắt gọt phát triển mạnh mẽ, cụ thể là thiết bị điều khiển chương trình số, các hệ thống tự động Do thiết bị phát triển kéo theo dụng cụ cắt phát triển, máy gia công và dụng cụ cắt có tương quan mật thiết với nhau Trong khi đó tại Việt Nam dụng cụ cắt chỉ có vài cơ sở chế tạo như: công ty cổ phần dụng cụ số 1, công ty Vạn Xuân, công ty TNHH dụng cụ An Mi… Chủ yếu, nước ta nhập khẩu

và ứng dụng các nghiên cứu có sẵn vào sản xuất Dụng cụ cắt trong nước còn nhiều hạn chế về năng suất và đặc biệt chưa có dụng cụ cắt chú trọng đến rung động trong quá trình gia công như dụng cụ cắt giảm rung động

- Việc sản xuất dụng cụ cắt trong nước không thể cạnh tranh với các sản phẩm của các nước trên thế giới và trong khu vực Dụng cụ cắt ảnh hưởng đến quá trình gia công nên sản phẩm thiết bị trong nước gặp khó khăn về chất lượng và giá thành Phần lớn các công ty nhập dụng cụ cắt với giá thành cao và phụ thuộc nhà sản xuất Yêu cầu hiện nay, nước ta cần nghiên cứu công nghệ dụng cụ cắt trên thế giới để áp dụng vào tình hình sản xuất trong nước, chủ động sản xuất dụng cụ cắt có tính năng cắt gọt tốt và giá thành thấp

- Độ nhám bề mặt nói lên tính chất của quá trình gia công và tính chất làm việc của chi tiết Trong nước cũng có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công như:

+ Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của cán dao giảm chấn đến độ bóng bề mặt trong quá trình phay mặt phẳng” của Nguyễn Văn Toàn – Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM – Năm 2016 [4]: Tác giả đã thực nghiệm sử dụng cán dao phay giảm chấn với các chế độ cắt khác nhau cho từng loại vật liệu cụ thể, từ đó tìm được chế độ cắt tối ưu nhất Tuy nhiên, trong điều kiện cắt gọt khác thì cán dao giảm chấn chưa ưu việt hơn so với cán dao thường bởi vì cơ cấu giảm chấn chưa thay đổi linh hoạt được

10

+ Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của cán dao giảm chấn đến độ bóng bề mặt chi tiết tiện lỗ” của Nguyễn Trường Sinh – Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM – Năm 2015 [5]: Tác giả đã thực nghiệm sử dụng cán dao tiện giảm chấn với các chế

độ cắt khác nhau cho từng loại vật liệu khi tiện lỗ sâu Tuy nhiên, tác giả chưa nghiên cứu đến sự thay đổi linh hoạt của cơ cấu giảm chấn nhằm mở rộng phạm vi cắt gọt

- Các nghiên cứu trong nước về dụng cụ cắt còn hạn chế, chưa có nghiên cứu về ảnh hưởng của các loại cơ cấu cán dao giảm chấn đến độ nhám bề mặt trong quá trình tiện Quá trình gia công được chú trọng nghiên cứu để đạt độ chính xác về kích thước, chất lượng bề mặt và nâng cao năng suất Kích thước và chất lượng bề mặt phản ánh quá trình gia công, độ nhám chi tiết ảnh hưởng đến quá trình lắp ráp, tính chất hoạt động và độ bền sản phẩm Độ nhám của chi tiết trong quá trình gia công chủ yếu do rung động sinh ra Rung động ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám, chất lượng sản phẩm, năng suất và giá thành sản phẩm

1.3 Tính cấp thiết đề tài

- Rung động là hiện tượng phổ biến trong tự nhiên và trong kỹ thuật vì tất cả mọi vật thể có khối lượng và có tính đàn hồi đều rung động khi có lực tác dụng Máy công cụ là một hệ đàn hồi nên trong quá trình gia công ngoại lực và lực cắt tác dụng lên hệ sẽ làm hệ rung động Trong thực tế không có quá trình cắt gọt kim loại nào

mà hệ thống công nghệ không rung động Rung động là hiện tượng kèm theo trong quá trình gia công cắt gọt kim loại Trong những điều kiện cụ thể nhất định rung động có thể tăng mạnh trong quá trình gia công, do đó làm giảm các chỉ tiêu về kinh

tế và chất lượng sản phẩm Cụ thể rung động có thể gây ra các hậu quả sau:

+ Không cho phép sử dụng hết công suất của máy hoặc khả năng cắt của dụng

cụ

+ Tăng mức độ nguy hiểm phá huỷ cơ học đến lưỡi cắt của dụng cụ cắt

+ Giảm độ chính xác hình học của chi tiết gia công, độ nhám bề mặt không tốt

- Tuy nhiên hiện nay, các nghiên cứu về dụng cụ cắt để giảm rung động rất ít Trên thế giới để giảm rung động chủ yếu nghiên cứu tăng độ cứng vững cán dao,

11

vật liệu dụng cụ cắt, góc dao cắt Các thí nghiệm công bố mang tính chất nghiên cứu và áp dụng chung Ở Việt Nam vấn đề nghiên cứu về giảm rung động, cơ cấu giảm chấn của cán dao còn mới Chưa có công trình nghiên cứu ứng dụng cho điều kiện gia công, thành phần vật liệu và thiết bị ở trong nước

- Vì vậy phải có nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực chống rung của dụng cụ cắt mà cụ thể là cơ cấu giảm chấn của cán dao trên vật liệu cụ thể, máy móc thiết bị cụ thể phù

hợp điều kiện sản xuất tại Việt Nam Đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn dao tiện đến độ nhám bề mặt” là rất cần thiết nhằm phục vụ sản xuất,

nghiên cứu và giáo dục Nghiên cứu cơ cấu giảm chấn của cán dao tiện góp phần

phát triển ngành cơ khí, tạo điều kiện phát triển các ngành khác

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của cán dao tiện giảm chấn

- Đánh giá khả năng ứng dụng của dao tiện giảm chấn trong sản xuất

- Đánh giá, so sánh rung động và độ nhám của cán dao tiện giảm chấn so với cán dao tiện thường bằng thực nghiệm

1.5 Nhiệm vụ, giới hạn và phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Nhiệm vụ

- Chế tạo thử nghiệm các cán dao tiện giảm chấn

- Thí nghiệm đo rung động của các cán dao tiện giảm chấn và cán dao thường

- Thí nghiệm đo độ nhám bề mặt chi tiết gia công khi sử dụng các cán dao tiện giảm chấn và cán dao thường

- Xử lý số liệu, lập biểu đồ và phân tích đánh giá kết quả

1.5.2 Giới hạn đề tài

- Do điều kiện thực tế, tác giả tiến hành thí nghiệm với các cơ cấu giảm chấn dao tiện Cán dao giảm chấn sử dụng nguyên lý hấp thụ rung động nghĩa là quá trình chuyển dao động lực cắt khi gia công thành dao động riêng của bộ phận giảm chấn

12

- Mảnh insert YBC252

- Vật liệugia công: thép C30

- Mẫu được thí nghiệm trên máy tiện CNC TX-2 CNC LATHE

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của khối lượng con trượt, độ cứng lò xo trên các cơ cấu giảm chấn dao tiện đến rung động, độ nhám bề mặt chi tiết khi gia công để so sánh sự khác biệt

1.5.3 Phương pháp nghiên cứu

1.5.3.1 Phương pháp kế thừa

Kế thừa các công trình, kết quả nghiên cứu đã công bố của các tác giả trong và ngoài nước về lĩnh vực nghiên cứu giảm rung động nhằm tiết kiệm thời gian và đạt hiệu quả cao

1.5.3.2 Phương pháp thu thập thông tin

Tiếp cận các tài liệu nghiên cứu, các thông tin cần thiết có liên quan đến đề tài

có trên các tạp chí khoa học, tài liệu chuyên ngành, qua các nguồn tin từ báo, đài, internet

1.5.3.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Thực hiện tiến hành thực nghiệm, để có thể tối thiểu hóa số thí nghiệm cần thiết mà vẫn đảm bảo mức độ tin cậy

Tác giả tìm hiểu rung động và ảnh hưởng của rung động đến độ nhám, các phương pháp giảm rung động và công nghệ giảm rung của cán dao giảm chấn

Áp dụng môn học quy hoạch thực nghiệm tác giả tiến hành thí nghiệm, xử lý

số liệu thí nghiệm, lặp biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa khối lượng con trượt, độ cứng lò xo với rung động, độ nhám bề mặt khi gia công bằng các cơ cấu giảm chấn dao tiện để đưa ra kết luận

1.6 Bố cục đề tài

Đề tài được chia làm 5 chương với các nội dung như:

- Chương 1: Tổng quan

13

Lý do chọn đề tài, tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học – thực tiễn, nhiệm vụ, giới hạn và phương pháp nghiên cứu

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trình bày tổng quan về rung động và ảnh hưởng của rung động đến độ nhám

bề mặt và các giải pháp để giảm rung động nhằm định hướng nghiên cứu Trình bày

cơ sở lý thuyết cắt gọt kim loại và công nghệ tiện

- Chương 3: Thiết kế và chế tạo thử nghiệm

Trình bày dụng cụ cắt giảm chấn trong công nghệ tiện Từ đó, tác giả đưa ra phương án thiết kế cán dao tiện giảm chấn phục vụ cho nghiên cứu và thí nghiệm

- Chương 4: Thí nghiệm và đánh giá kết quả

Thí nghiệm và đánh giá kết quả nhằm lựa chọn phương án thiết kế tối ưu nhất

- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài

14

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết về độ nhám

2.1.1 Khái niệm độ nhám

- Bề mặt chi tiết sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý tưởng mà có những nhấp nhô tế vi Những nhấp nhô này do rung động vết dao để lại trong quá trình gia công, nhấp nhô trên bề mặt có nhiều loại khác nhau [6]

- Quan sát một phần bề mặt đã được khuếch đại, nhận thấy các loại nhấp nhô:

+ Nhấp nhô có chiều cao h1 là sai lệch hình dạng hình học đại quang

+ Nhấp nhô có chiều cao h2 là độ sóng bề mặt

+ Nhấp nhô có chiều cao h3 là nhám bề mặt Đây là những nhấp nhô tế vi trên bề mặt xét trong phạm vi chiều dài chuẩn l rất nhỏ

- Để phân biệt độ sóng và độ nhám bề mặt, có thể dùng tỉ lệ tương đối giữa bước

15

2.1.2 Chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt

- Để đánh giá độ nhám bề mặt, người ta dùng một số yếu tố hình học của những nhấp nhô làm chỉ tiêu (Ra và Rz đơn vị đo μm), nhưng phải xét trong một phạm vi nhỏ của bề mặt, giới hạn trong chiều dài chuẩn l (mm) Chiều dài chuẩn là chiều dài khoảng bề mặt dùng để đo nhấp nhô tế vi của bề mặt Giá trị của chiều dài chuẩn được quy định phụ thuộc vào độ nhám bề mặt [6]

Với: Độ nhám cấp 13, chiều dài chuẩn l = 8 mm

Độ nhám cấp 46, chiều dài chuẩn l = 2,5 mm

Độ nhám cấp 79, chiều dài chuẩn l = 0,8 mm

Độ nhám cấp 1012, chiều dài chuẩn l = 0,25 mm

Độ nhám cấp 1314, chiều dài chuẩn l = 0,08 mm

Sai lệch trung bình số học của prôfin R a: là sai lệch trung bình số học các khoảng cách từ các điểm trên đường nhấp nhô đến đường trung bình lấy theo giá trị tuyệt đối trong phạm vi chiều dài chuẩn l (hình 2.2)

𝑅𝑎 =1

𝐿 ( 𝑦 𝑑𝑥 →0𝐿 𝑅𝑎 =1

𝑛 𝑦1 + 𝑦2 + 𝑦3 + ⋯ + 𝑦𝑛 = 1

𝑛 𝑛 𝑦𝑖𝑖=1 (2.1) Đường trung bình là đường chia các nhấp nhô bề mặt thành hai phần sao cho diện tích của hai phần đó bằng nhau

F1 + F3 + F5 +…+ Fn-1 = F2 + F4 + F6 +… + Fn (2.2)

Hình 2.2: Prôfin trên bề mặt xét theo Ra

16

Chiều cao trung bình của prôfin theo 10 điểm R z

- Chiều cao trung bình của prôfin theo 10 điểm Rz là giá trị trung bình của 5 khoảng cách từ 5 đỉnh cao nhất đến 5 điểm đáy thấp nhất của prôfin trong phạm vi

chiều dài chuẩn l (hình 2.3)

𝑅𝑧 = ℎ1 +ℎ3+⋯+ℎ9 −(ℎ2+ℎ4+⋯+ℎ10)

5 (2.3) Hay 𝑅𝑧 =15 5 ℎ𝑖𝑚𝑎𝑥

𝑖=1 − 5 ℎ𝑖𝑚𝑖𝑛

𝑖=1 (2.4)

Hình 2.3: Prôfin trên bề mặt xét theo Rz2.1.3 Ảnh hưởng của độ nhám đến tính chất làm việc và độ bền của chi tiết

- Ảnh hưởng đến tính chống mòn: Đối với các chi tiết trong mối ghép động

như ổ trượt, sống dẫn, con trượt… Khi làm việc, các bề mặt của chi tiết tiếp xúc với nhau ở một số đỉnh nhấp nhô nên diện tích tiếp xúc thực chỉ bằng một phần diện tích (hình 2.4) Độ nhám bề mặt sẽ đẩy dầu ra chỗ tiếp xúc làm giảm hiệu suất làm việc, tăng nhiệt độ, bề mặt tiếp xúc chống mòn, giảm thời gian sử dụng Độ nhẵn bóng càng cao thì khả năng chống mài mòn càng tốt [6]

17

nhô bề mặt càng lớn thì càng dễ tập trung ứng suất ở đáy các nhấp nhô, độ nhám bề mặt là nhân tố phát sinh rạng nứt làm giảm độ bền mỏi [6]

Hình 2.5: Độ nhám ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết.

- Ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn: Các chỗ lõm của nhấp nhô bề mặt là nơi

dễ chứa các axit, muối và các tạp chất khác có tác hại ăn mòn bề mặt (hình 2.6) Độ nhẵn bóng càng cao thì khả năng chống ăn mòn càng tốt [6]

Hình 2.6: Độ nhám ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn.

- Ảnh hưởng đến độ chính xác của mối lắp ghép: Đối với lắp ghép có độ hở,

các nhấp nhô bề mặt bị mòn rất nhanh trong thời gian ban đầu, làm cho khe hở lắp ghép tăng lên và độ chính xác lắp ghép bị phá hủy Đối với lắp ghép có độ dôi, lúc hai chi tiết ép với nhau, các nhấp nhô bề mặt sẽ bị san phẳng, làm cho độ dôi trong mối ghép giảm và ảnh hưởng đến độ bền chặt của mối ghép [6]

+ Phương pháp dùng máy dò prôfin: Phương pháp này sử dụng mũi dò để dò prôfin trên bề mặt, thường sử dụng đo độ nhám từ cấp 4 đến cấp 11 Độ chính xác của phương pháp này cao

+ Phương pháp đo quang học (dùng kính hiển vi): Phương pháp này thường đo

độ nhám từ cấp 10 đến cấp 14, đạt độ chính xác rất cao

- Đánh giá chất lượng bề mặt có các chỉ tiêu: đánh giá độ nhám; đánh giá độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng; đánh giá ứng suất dư Trong đề tài này, tác giả chọn chỉ tiêu độ nhám để đánh giá chất lượng bề mặt và dùng phương pháp máy dò prôfin để so sánh

2.2 Lý thuyết về rung động

2.2.1 Rung động

- Trong quá trình cắt gọt luôn có rung động, hiện tượng này xảy ra trên toàn

bộ hệ thống công nghệ : Máy, dao, đồ gá và chi tiết Rung động có thể do độ cứng vững của hệ thống công nghệ, do thành phần vật liệu của chi tiết không đồng đều,

do lượng dư gia công không đồng đều hoặc do rung động từ các bộ phận, máy móc khác truyền tới Rung động dẫn đến tình trạng là chất lượng bề mặt gia công xấu,

Hình 2.8: Hệ thống công nghệ 2.2.2 Các loại rung động và nguyên nhân gây ra rung động

- Rung động trong quá trình cắt thường bao gồm các loại sau:

Biện pháp để giảm rung động cưỡng bức:

- Tăng độ cứng vững của hệ thống công nghệ (máy, dao, đồ gá)

- Yêu cầu độ chính xác chế tạo – lắp ráp máy, đồ gá có độ chính xác cao

20

- Tránh cắt không liên tục

- Phôi cần được chọn lọc và gia công sơ bộ

- Trang bị thêm cơ cấu giảm rung động

- Móng máy đủ khả năng dập tắt rung động và được cách ly chấn động với tác động lực ở xung quanh

- Đặt những máy làm việc có độ rung động lớn như: máy dập, máy rèn, máy búa…xa những máy gia công chính xác

2.2.2.2 Rung động tự phát

- Là loại rung động do bản thân chuyển động cắt gây ra, việc khắc phục nó rất khó khăn và khó tìm ra nguyên nhân [8]

Nguyên nhân gây ra rung động tự phát do:

- Lực ma sát giữa dao và phoi biến đổi khi gia công (đặc biệt là trong gia công hình thành phoi vụn)

- Sự hóa cứng không đều

- Lượng dư cắt gọt không đều

- Sự thay đổi chiều cao phoi bám

- Sự không đồng nhất của vật liệu gia công…

Rung động tự phát chỉ khắc phục được một phần chứ không loại trừ được hoàn toàn

Các nhân tố ảnh hưởng đến rung động

- Tăng tốc độ cắt thì biên độ dao động tăng (vùng lẹo dao), khi biên độ dao động đạt được một giá trị cực đại nào thì tốc độ cắt càng tăng, biên độ dao động giảm

- Chiều sâu cắt tăng biên độ dao động tăng ảnh hưởng đến hệ thống công nghệ

- Khi gia công gang, cắt ra phoi vụn, lực cắt biến đổi nhiều nên rung động tăng Khi cắt vật liệu dẻo, điều kiện hình thành lẹo dao lớn dễ xảy ra rung động

Tóm lại rung động có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng, rất nhiều yếu tố cần phải xem xét Ở đây, đề tài xét ảnh hưởng của cán dao tiện giảm chấn so với cán dao thường đến độ nhám bề mặt trong cùng điều kiện cắt gọt Cán dao giảm chấn phát huy tác

21

dụng khi tiện những vị trí bất lợi như cán dao cần phải gá đặt dài Chiều dài cán dao ảnh hưởng rất lớn đến chế độ cắt, độ nhám và năng suất gia công

2.2.3 Rung động trong quá trình cắt gọt

- Rung động là hiện tượng phổ biến trong tự nhiên và trong kỹ thuật vì tất cả mọi vật thể có khối lượng và có tính đàn hồi đều rung động khi có lực tác dụng Máy công cụ là một hệ đàn hồi nên trong quá trình gia công ngoại lực và lực cắt tác dụng lên hệ sẽ làm hệ rung động Trong thực tế không có quá trình cắt gọt kim loại nào

mà hệ thống công nghệ không rung động Rung động là hiện tượng kèm theo trong quá trình gia công cắt gọt kim loại Trong những điều kiện cụ thể nhất định rung động có thể tăng mạnh trong quá trình gia công, do đó làm xấu các chỉ tiêu về kinh

tế và chất lượng sản phẩm Cụ thể rung động có thể gây ra các hậu quả sau [8]: + Không cho phép sử dụng hết công suất của máy, khả năng cắt của dụng cụ + Gây mòn nhanh các bộ phận chính của máy (băng máy, trục chính) làm giảm

độ chính xác của máy, bộ phận gá lắp phôi

+ Tăng mức độ nguy hiểm phá huỷ cơ học lưỡi cắt của dụng cụ cắt

+ Phá huỷ cơ học dụng cụ cắt (gãy răng dụng cụ cắt) hoặc cán dao

+ Giảm độ chính xác hình học của chi tiết gia công, độ bóng bề mặt

+ Gây tiếng ồn cho môi trường làm việc

2.2.4 Giải pháp để giảm rung động trong quá trình cắt gọt

2.2.4.1 Các giải pháp liên quan tới cấu trúc máy

- Đảm bảo độ cứng vững của nền máy như giải pháp lắp đặt máy có bộ phận giảm chấn

- Lựa chọn vị trí đặt máy tối ưu tránh nguồn rung động từ bên ngoài

- Bàn trượt, bàn dao được gia công và lắp ráp đúng yêu cầu

- Giải pháp định hướng lực cắt sao cho lực cắt vuông góc với hướng của máy có

độ mềm dẻo động lực học tốt nhất

2.2.4.2 Các giải pháp liên quan tới phôi và dụng cụ gia công

- Dùng các bộ phận đỡ phụ làm tăng độ cứng vững của chi tiết gia công

- Giảm trọng lượng của phôi, thay đổi hình dạng phôi

22

- Sử dụng dao có độ cứng vững cao, dao có bộ phận giảm rung

- Chọn dao phù hợp vật liệu gia công, góc dao sắc, dao có bán kính mũi dao nhỏ hơn chiều sâu cắt

- Nếu dao gá dài cần phải tăng đường kính dao hoặc sử dụng cán dao giảm chấn

2.2.4.3 Các giải pháp liên quan tới quá trình cắt

- Sử dụng dung dịch tưới nguội phù hợp, giải nhiệt tốt, thoát phoi tốt

- Chọn hướng vào và ra dao tối ưu, quá trình gia công liên tục

- Chọn chế độ cắt tránh hiện tượng lẹo dao, phoi bám

- Sử dụng giải pháp giảm rung động, hấp thụ rung động

- Chọn chế độ cắt tối ưu, phù hợp từng loại dao và từng loại vật liệu

2.2.5 Phương trình dao động

2.2.5.1 Các tham số động học của dao động điều hòa

- Dao động điều hòa được mô tả về phương diện động học như sau [9]:

y(t) = Asin(ωt + α) = Asinψ(t)

- Dao động điều hòa được gọi là dao động hình sin Đại lượng A không giảm gọi

là biên độ dao động Đại lượng ψ(t) = ωt + φ được gọi là góc pha hay gọi là pha dao động Góc α gọi là pha ban đầu Đại lượng ω được gọi là tần số vòng của dao động điều hòa, đơn vị là rad/s hoặc s-1

- Chu kỳ của dao động điều hòa:

23

y(0) = y0;

0)

0

(2.9)

2.2.5.2 Phương trình vi phân dao động

- Các phương trình Lagrange loại II được áp dụng để thiết lập các phương trình

vi phân chuyển động của hệ có dạng tổng quát như sau [9]:

i i i

Q q

T q

T dt

a Dao động cưỡng bức không cản chịu kích động điều hòa

Dao động tuyến tính cưỡng bức không cản của hệ n bậc tự do chịu kích động điều hòa có dạng:

t f

q C q

M     ˆ sin 

(2.11)

Ở chế độ bình ổn ta tìm được nghiệm phương trình có dạng:

t u

t

(2.12) Thế vào phương trình trên ta có:

f H u f u C

(  2      (2.13) Trong đó ma trận truyền theo công thức:

1 2

) (

)

H

(2.14)

24

b Phương trình đường đàn hồi của thanh chịu uốn

- Phương trình vi phân của đường đàn hồi là [10]:

- Lấy tích phân lần thứ nhất ta được phương trình góc xoay là:

C dz EI

M y

M y

Hình 2.9: Các liên kết của dầm

- Phương trình đàn hồi và góc xoay cho dầm console như hình vẽ sau đây:

Hình 2.10: Dầm console chịu uốn

- Phương trình moment uốn tại mặt cắt có hoành độ z là:

Mx = -P.z (2.18)

25

- Ta được phương trình vi phần đàn hồi như sau:

D Cz EI

z P y

C EI

z P y EI

z P EI

M y

x x

x x

EI

L P C

3.2

3 2

x x

x

EI

L P EI

z P

EI

L P z EI

L P EI

z P y

2

.2

3

.2

.6

2 2

3 2

c Phương trình dao động dọc của thanh chịu nén

Hình 2.11: Sơ đồ chuyển vị của thanh do lực dọc trục tác dụng

26

- Phương trình dao động [10]:

y l

A E t

(2.20)

- Điều kiện ban đầu:

l : Chiều dài dao chịu nén

A = BxH: Tiết diện cán dao

Moment quán tính:

12

.H3B

I 

E: Mođun đàn hồi của dầm

- Vị trí của điểm A phụ thuộc vào lực hướng kính Py Giả sử Py dao động tuần hoàn, dao động lặp lại sau mỗi vòng quay của trục chính, ta có phương trình dao động:

)sin(

)(.)

A E

P l A E

t P l t



(2.21)

d Đối với hệ giảm chấn sử dụng lò xo:

Hình 2.12: Mô hình vật lý của hệ giảm chấn