Thiết kế và chế tạo thiết bị gia công tinh bề mặt ứng dụng lưu chất từ biến p1

1 NỘI DUNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ GIA CÔNG TINH BỀ MẶT ỨNG DỤNG LƯU CHẤT TỪ BIẾN Mã số 201 1CK03 Chủ nhiệm đề tài ThS Nguyễn Trường Giang 1 TÓM TẮT Các chi tiết có bề mặt phức tạp đã được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực sản xuất của các ngành công nghiệp như động cơ phản lực, thấu kính, công nghiệp khuôn mẫu, y sinh học và ổ lăn Chúng không những có vai trò quan trọng trong quá trình hoạt động của chi tiết máy mà còn góp phần.

NỘI DUNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ GIA CÔNG TINH BỀ MẶT ỨNG DỤNG LƯU CHẤT TỪ BIẾN Mã số: 20/1.1CK03 Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Trường Giang TÓM TẮT Các chi tiết có bề mặt phức tạp ứng dụng nhiều lĩnh vực sản xuất ngành cơng nghiệp động phản lực, thấu kính, cơng nghiệp khuôn mẫu, y-sinh học ổ lăn Chúng có vai trị quan trọng q trình hoạt động chi tiết máy mà cịn góp phần nâng cao tuổi thọ độ tin cậy cho thiết bị Tuy nhiên, để đáp ứng vai trò chất lượng bề mặt độ xác hình dáng chi tiết đòi hỏi cao Vì vậy, phương pháp gia cơng tiên tiến ứng dụng để nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết Dựa đặc tính chất lỏng từ tính (một dạng chất lỏng thơng minh), thiết bị gia công tinh bề mặt chi tiết thiết kế chế tạo đề tài Bên cạnh đó, ảnh hưởng thơng số gia cơng tốc độ, kích thước hạt mài cường độ dòng điện đến độ nhám bề mặt chi tiết hợp kim titan thực Kết thực nghiệm cho thấy rằng, tốc độ gia công có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt chi tiết Với việc tăng tốc độ gia công, độ nhám bề mặt chi tiết cải thiện đáng kể Trong đó, kích thước hạt mài ảnh hưởng đến việc cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết gia cơng Ngồi ra, cường độ dịng điện cịn có tác động lớn đến chất lượng bề mặt chi tiết Kết là, độ nhám bề mặt chi tiết gia công hợp kim titan (Ø32 mm) giảm đáng kể từ Ra = 0.12 µm xuống Ra = 0.018 µm điều kiện gia cơng thích hợp Dựa kết thực nghiệm chứng minh rằng, thiết bị gia cơng hình thành từ đề tài đáp ứng yêu cầu trình gia cơng tinh bề mặt chi tiết phức tạp ABSTRACT The complex surfaces have been widely used in industrial production such as jet engines, lenses, mold industry, biomedical and bearings They not only play an important role in the operation of machine parts, but also improve the life and reliability of the equipment However, to satisfy the above requirements, the surface quality and shape accuracy of these parts must be achieved at a high level Therefore, advanced machining methods have been applied to improve the surface quality of the workpieces Based on the properties of magnetic fluid (a form of smart material), a finishing surface device has been designed and fabricated in this study In addition, the influence of machining parameters as well as polishing speed, abrasive size, and electric current on the surface roughness of titanium alloy workpieces was carried out Experimental results show that the machining speed has a great influence on the surface roughness of the workpiece With the increase in machining speed, the surface roughness of the workpiece is significantly improved Meanwhile, the abrasive size has little effect on improving the surface quality of the workpiece In addition, the electric current also has a great impact on the surface quality of the workpiece As a result, the surface roughness of titanium alloy workpieces (Ø32 mm) is significantly reduced from Ra = 0.12 µm to Ra = 0.018 µm under suitable machining conditions Based on experimental results, it is proved that the machining equipment which formed from the study has met the requirements of the polishing process for complex surfaces of workpiece MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 10 MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 15 Tình hình nghiên cứu nước .15 1.1 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước 15 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước ngồi 17 1.1.2.1 Gia công tinh ELID .17 1.1.2.2 Gia công tinh – hóa học (CMP) .18 1.1.2.3 Gia công tinh dung dịch mài phi Newton .21 1.1.2.4 Gia công tinh chất lỏng từ biến (MRF) 22 Tính cấp thiết đề tài 29 1.2 CHƯƠNG NGUYÊN LÝ GIA CÔNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KÊ……………………………………………………………………… 32 2.1 Nguyên lý gia công 32 2.2 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế 35 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ KIỂM TRA BỀN CÁC CHI TIẾT CỦA THIẾT BỊ 42 Tính tốn thiết kế phận chi tiết máy 42 3.1 3.1.1 Tính tốn chọn động trục .43 3.1.2 Tính tốn, thiết kế cụm di chuyển theo phương Z 44 3.1.3 Tính tốn, thiết kế cụm chi tiết xoay góc cho động trục 50 3.2 Kiểm tra bền chi tiết thiết bị .56 3.2.1 Kiểm tra bền trục gá động 56 3.2.2 Kiểm tra bền khung đứng bàn máy 57 3.2.3 Kiểm tra bền giá đỡ động 59 3.2.4 Kiểm tra bền giá đỡ động 61 3.2.5 Kiểm tra bền giá đỡ động trục .62 Kiểm tra bền khung chân đế thiết bị 64 3.2.6 Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị 65 3.3 Cụm điều khiển .65 3.3.1 3.3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị điều khiển sử dụng thiết bị 66 3.3.2.1 PLC 66 3.3.2.2 Biến tần (FR-D700) .67 3.3.3 Kết nối cài thông số biến tần FR-D700 Mitsubishi 69 Sơ đồ kết nối thiết bị điện .70 3.3.4 CHƯƠNG LẮP RÁP, VẬN HÀNH VÀ GIA CÔNG THỬ NGHIỆM 72 4.1 Bản vẽ tháo lắp thiết bị 72 4.2 Quy trình tháo lắp thiết bị 73 4.2.1 Quy trình lắp 73 4.2.2 Quy trình tháo .75 4.2.3 Kiểm tra hoạt động máy 75 Gia công thử nghiệm 76 4.3 4.3.1 Máy thử nghiệm 76 4.3.2 Dụng cụ đo 77 4.3.3 Dung dịch mài .78 4.3.4 Chi tiết gia công 78 4.3.5 Nam châm điện .79 4.3.6 Bộ điều chỉnh nguồn điện .80 4.3.7 Thông số q trình gia cơng 80 Kết thực nghiệm 81 4.4 4.4.1 Ảnh hưởng tốc độ quay 82 4.4.2 Ảnh hưởng kích thước hạt mài .83 4.4.3 Ảnh hưởng cường độ dòng điện .84 4.5 Kết luận .85 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .87 5.1 Kết luận .87 5.2 Kiến nghị 88 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 PHỤ LỤC 94 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Q trình gia cơng tiện .15 Hình 1.2 Q trình gia cơng mài .16 Hình 1.3 Gia cơng tinh dung dịch mài phi Newton 17 Hình 1.4 Nguyên lý trình mài phương pháp ELID 18 Hình 1.5 Q trình gia cơng tinh CMP 19 Hình 1.6 Cơ học q trình gia cơng tinh có hỗ trợ điện trường 20 Hình 1.7 Nguyên lý của q trình gia cơng tinh có hỗ trợ điện trường 20 Hình 1.8 Cơ học trình gia cơng dung dịch mài phi Newton .22 Hình 1.9 Mối quan hệ ứng suất cắt, độ nhớt ảnh hưởng từ trường 23 Hình 1.10 Sự liên kết hạt thay đổi theo từ trường .24 Hình 1.11 Cơ chế gia cơng tinh bề mặt thấu kính MRF 25 Hình 1.12 Mơ hình gia cơng MRF máy mài xác cao 26 Hình 1.13 (a) Gia cơng mài mặt trụ ngồi sử dụng đầu mài cong tĩnh, (b) Gia công mài mặt trụ sử dụng đầu dao phẳng quay 27 Hình 1.14 Hình ảnh phóng to khe hở làm việc dao đầu cong tĩnh dao đầu phẳng quay 28 Hình 1.15 Cơ học q trình gia cơng đầu mài cong đứng yên 28 Hình 1.16 Cơ học q trình gia cơng đầu mài phẳng quay 29 Hình 2.1 Nguyên lý q trình gia cơng 32 Hình 2.2 Các loại hạt mài 34 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị (theo phương án 1) 35 Hình 2.4 Mơ hình 3D thiết bị (theo phương án 1) 36 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị (theo phương án 2) 37 Hình 2.6 Mơ hình 3D thiết bị (theo phương án 2) 38 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị (theo phương án 3) 39 Hình 2.8 Mơ hình 3D thiết bị (theo phương án 3) 40 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý thiết bị gia công .42 Hình 3.2 Động trục - S9I200GT .44 Hình 3.3 Cơ cấu truyền động 45 Hình 3.4 Mơ hình tính khối lượng cụm chi tiết di chuyển theo phương Z 46 Hình 3.5 Động điều khiển cụm di chuyển theo phương Z 47 Hình 3.6 Cụm chi tiết chịu lực cho phận di chuyển theo phương Z 49 Hình 3.7 Cụm chi tiết di chuyển theo phương Z .49 Hình 3.8 Biểu đồ nội lực trục gá động 53 Hình 3.9 Kết cấu trục gá động .54 Hình 3.10 Bát cố định động 54 Hình 3.11 Giá treo động trục 55 Hình 3.12 Cụm chi tiết tạo góc xoay cho động trục 55 Hình 3.13 Kết chuyển vị trục gá động theo phương Y 56 Hình 3.14 Kết ứng suất sinh trục gá động .57 Hình 3.15 Kết chuyển vị khung đỡ bàn máy theo phương X, Y, Z 58 Hình 3.16 Kết ứng suất sinh khung đỡ bàn máy 59 Hình 3.17 Kết chuyển vị giá đỡ động 60 Hình 3.18 Kết ứng suất giá đỡ động 60 Hình 3.19 Kết chuyển vị giá đỡ động 61 Hình 3.20 Kết ứng suất giá đỡ động 62 Hình 3.21 Kết chuyển vị giá đỡ động trục 63 Hình 3.22 Kết ứng suất giá đỡ động trục 63 Hình 3.23 Kết chuyển vị khung chân đế 64 Hình 3.24 Kết ứng suất khung chân đế 65 Hình 3.25 PLC – FX2N-32MT 66 Hình 3.26 Biến tần Mitsubishi FR-D700 68 Hình 3.27 Sơ đồ đấu đối động lực biến tần FR-D700 69 Hình 3.28 Bảng dẫn cài đặt thông số biến tần FR-D700 70 Hình 3.29 Sơ đồ bố trí kết nối thiết bị điện .71 Hình 4.1 Bản vẽ tháo lắp thiết bị 72 Hình 4.2 Thiết bị chế tạo hoàn chỉnh dùng cho thực nghiệm 77 Hình 4.3 Máy đo độ nhám bề mặt SJ – A301 77 Hình 4.4 Chất lỏng từ tính MRF-132DG 78 Hình 4.5 Chi tiết thử nghiệm 79 Hình 4.6 Nam châm điện 80 Hình 4.7 Bộ điều chỉnh nguồn 80 Hình 4.8 Mối quan hệ tốc độ quay độ nhám bề mặt 82 Hình 4.9 Mối quan hệ kích thước hạt mài độ nhám bề mặt 83 Hình 4.10 Mối quan hệ cường độ dòng điện độ nhám bề mặt .84 Hình 4.11 Kết so sánh trước sau gia công 85 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông số chất lỏng MRF 132DG .33 Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật trục vít 45 Bảng 3.2 Bảng thông số kỹ thuật trục vít – bánh vít 50 Bảng 4.1 Bảng thông số kỹ thuật thiết bị 76 Bảng 4.2 Đặc tính dung dịch hạt mài 78 Bảng 4.3 Cơ – lý tính thép hợp kim titan 79 Bảng 4.4 Thông số q trình gia cơng .81 Hình 1.3 Gia cơng tinh dung dịch mài phi Newton 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước Trước đây, phương pháp gia công truyền thống tiện, phay gia công tinh lần cuối phương pháp mài đá mài sử dụng để gia công tinh bề mặt chi tiết Tuy nhiên, q trình gia cơng yêu cầu lượng thời gian gia công lớn với q trình gia cơng phức tạp Do đó, suất gia cơng thấp chi phí gia cơng cao Để nâng cao độ xác chất lượng bề mặt gia cơng có nhiều phương pháp gia công tiên tiến nghiên cứu áp dụng để gia công bề mặt chi tiết Các phương pháp gia công dựa vào kết hợp chuyển động chi tiết với đĩa mài, điều khiển q trình cắt gọt cơ-hóa học, dung dịch điện từ, tia lazer để tạo nên trình cắt gọt kim loại 1.1.2.1 Gia cơng tinh ELID Q trình gia cơng điều khiển điện cực ELID (Electrolytic In Process Dressing) nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng bề mặt gia công Quá trình gia cơng ELID thể hình 1.4 17 Hình 1.4 Nguyên lý trình mài phương pháp ELID Kỹ thuật mài ELID sử dụng để kiểm sốt mài mịn hạt mài đĩa mài q trình gia cơng Hệ thống mài ELID bao gồm thành phần sau: đĩa mài với hạt mài kim cương, nguồn cung cấp lượng điện, điện cực hệ thống làm mát Đĩa mài kim cương kết nối với đầu cực dương nguồn điện điện cực cố định kết nối với đầu cực âm Khoảng cách bánh mài điện cực giữ cố định q trình gia cơng 0.1mm [6-9] Trong q trình gia cơng, đĩa mài bị mịn điện cực nhận tín hiệu tác động để hiệu chỉnh đĩa mài giữ khoảng cách cố định với chi tiết suốt q trình gia cơng Kết phương pháp gia công cải thiện đáng kể độ nhám bề mặt chi tiết, nhiên ứng dụng cịn hạn chế chi phí tương đối cao cho trình điện phân thiết kế cho điện cực 1.1.2.2 Gia công tinh – hóa học (CMP) Gia cơng tinh cơ-hóa học (CMP- Chemical Mechanical Polishing) áp dụng rộng rãi đem lại hiệu cho nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gồm bán dẫn, thủy tinh, kim loại đặc biệt, nhựa đĩa máy tính [10, 11] CMP trở nên phổ biến ưu điểm so với kỹ thuật gia cơng tinh khác khơng tạo hư hỏng bề mặt loại bỏ hầu hết khuyết tật 18 bề mặt chi tiết gia công [12-14] Q trình gia cơng CMP mơ tả thể hình 1.5 Hình 1.5 Quá trình gia công tinh CMP Tuy nhiên, gia công chi tiết vật liệu có độ cứng cao hình dáng phức tạp thời gian gia cơng tương đối lớn, hiệu trình CMP thấp [15] Trong q trình gia cơng CMP, phân bố hạt mài dung dịch đánh bóng bề mặt chi tiết khơng đồng chúng có xu hướng nhanh chóng văng khỏi khu vực gia công lực ly tâm, dẫn đến bề mặt gia công đạt chất lượng không đồng Để nâng cao thời gian tồn hạt mài phương pháp CMP, dịng điện trường khơng đồng thiết lập để tạo hiệu ứng điện phân (Dielectrophoresis -DEP) dung dịch đánh bóng Nguyên lý dựa nguyên tắc tất hạt mài có hoạt tính điện mơi có điện trường Tuy nhiên, sức mạnh lực điện phân phụ thuộc đáng kể vào tính chất điện trường, kích thước hạt mài, hình dạng hạt mài tần số điện trường Dưới tác dụng lực điện phân (DEP), hạt mài dung dịch mài lưu lại đĩa mài thời gian dài để cải thiện phân bố hạt mài đĩa mài bề mặt chi tiết gia công [16-21] Kết là, bề mặt chi tiết tiếp xúc với 19 nhiều hạt mài nên hiệu gia công tăng lên chất lượng bề mặt cải thiện đáng kể Đặc tính học nguyên lý q trình gia cơng có ứng dụng tượng điện phân trình bày hình 1.6 hình 1.7 Hình 1.6 Cơ học trình gia cơng tinh có hỗ trợ điện trường Hình 1.7 Ngun lý của q trình gia cơng tinh có hỗ trợ điện trường 20 1.1.2.3 Gia công tinh dung dịch mài phi Newton Bên cạnh đó, việc đời chất lỏng phi Newton kết hợp với hạt mài để tiến hành gia công bề mặt phức tạp đề cập nghiên cứu [22-25] Dựa đặc tính học dung dịch mài phi Newton hạt mài đưa đến vùng gia cơng thực q trình gia cơng Trong phương pháp gia công chất lỏng mài phi Newton, ứng suất chất lỏng mài phi Newton sinh q trình gia cơng tạo nên cắt gọt cho bề mặt chi tiết Hiệu chất lỏng mài phi Newton tạo ứng suất cắt nhờ chuyển động chất lỏng Dưới tác dụng lực chuyển động, độ nhớt chất lỏng mài phi Newtơn thay đổi phản ứng hoàn toàn khác với chất lỏng thông thường Chất lỏng mài phi Newton có khả gia cơng linh hoạt với bề mặt cong mà đáp ứng yêu cầu cắt gọt chất lượng bề mặt, dung dịch mài sử dụng lại nhiều lần nên giảm chất thải ảnh hưởng đến môi trường Cơ học q trình gia cơng thể hình 1.8 Đầu tiên, dung dịch mài cho chuyển động để tạo ứng suất cắt Nếu tốc độ chuyển động chiều sâu cắt không đủ lớn q trình cắt gọt khơng diễn Hạt mài trượt lên bề mặt gia cơng lực thuỷ động tác dụng lên dung dịch mài không đạt yêu cầu (như hình 1.8a) Sau lực thuỷ động tác dụng lên dung dịch đủ lớn tượng đông đặc độ nhớt chất lỏng không tuân theo định luật Newton vùng tiếp xúc tăng lên nhanh chóng theo tỉ lệ với tốc độ chuyển động dung dịch mài Lúc này, hạt phân tán hỗn hợp kết hợp thành cụm hạt, hạt mài bao quanh hạt kết dính (như hình 1.8b) Kết là, dung dịch mài vùng gia công hoạt động chất rắn tức thời, đĩa mài linh hoạt hình thành vùng tiếp xúc, cường độ mài tăng lên nhanh chóng tác động lên chi tiết gia cơng để tăng tốc độ loại bỏ vật liệu (như hình 1.8c) Để tăng tốc độ loại bỏ vật liệu cần tăng tốc độ dòng dung dịch mài chiều sâu tiếp xúc, lực cắt (Fshear) lớn lực cản sinh điểm nhấp nhô chi tiết (FR) Khi bề mặt gia công mài tinh lực 21 cắt loại bỏ cụm hạt kết dính bị chia tách trở trạng thái ban đầu chất lỏng thông thường tuân theo định luật Newton (như hình 1.8d) Hình 1.8 Cơ học q trình gia cơng dung dịch mài phi Newton Kết tính lưu động chất lỏng mài phi Newton tạo vùng gia cơng linh hoạt tiếp xúc cách linh động với bề mặt phức tạp khác chi tiết gia công Các bề mặt chi tiết phức tạp gia cơng tinh thuận lợi với quy trình đơn giản kết suất tăng lên Tuy nhiên, phương pháp gia cơng cịn gặp khó khăn việc điều khiển độ nhớt chất lỏng mài phi Newton để thích ứng với dạng bề mặt khác 1.1.2.4 Gia công tinh chất lỏng từ biến (MRF) Chất lỏng từ biến (MRF- Magnetorheological Fluid) dạng vật liệu thông minh (Smart Materials) nghiên cứu ứng dụng năm gần Sau cải tiến phát triển lưu chất MR ứng dụng phát triển mạnh mẽ gần 22 Lưu chất từ biến dạng chất lỏng thơng minh có khả chuyển đổi điều chỉnh trạng thái nhanh chóng từ dạng lỏng sang dạng đặc tác dụng từ trường [26] Lưu chất từ biến nghiên cứu áp dụng thiết bị chúng có tính đáp ứng nhanh tích hợp dễ dàng hệ thống điều khiển hệ thống khí [27] Đặc tính lưu chất từ biến tác dụng từ trường khác cho hình 1.9 Hình 1.9 Mối quan hệ ứng suất cắt, độ nhớt ảnh hưởng từ trường Ở trạng thái bình thường, hạt chuyển động tự chất lỏng biểu thuộc tính chất lỏng bình thường khác (chất lỏng Newton) Tuy nhiên có tác dụng từ trường ngồi, lưu chất khơng cịn tn theo định luật Newton mà chuyển sang dạng phi Newton, hạt kim loại bên lưu chất gắn kết lại với theo dạng đường sức từ có khả chống phá vỡ liên kết 23 (như hình 1.10) Độ bền vững liên kết phụ thuộc vào độ lớn từ trường bên ngồi đưa vào [28-31] Hình 1.10 Sự liên kết hạt thay đổi theo từ trường Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính chất lưu biến MRF mật độ, kích thước hạt, xếp hình dạng, đặc tính dịng chất lỏng mang hạt mang điện, chất phụ gia, nhiệt độ từ trường đặt vào,… Sự liên quan yếu tố phức tạp quan trọng việc xây dựng phương pháp để cải thiện tính chất dịng chất lỏng cho ứng dụng phù hợp Để hoạt động tốt, MRF phải có độ nhớt độ kháng từ hạt thấp mà khơng ảnh hưởng đến từ trường bên ngồi đạt ứng suất tối đa có đủ từ trường tác động Thông thường để làm tăng ứng suất MRF, người ta thường tăng thành phần khối lượng hạt MR tăng cường độ từ trường bên ngồi Hiện nay, chất lỏng từ tính (MRF) nghiên cứu ứng dụng rộng rãi giới Trong ứng dụng, MRF thường ứng dụng ba dạng chính: dịng chảy (flow mode), trượt (shear mode) nén (squeeze mode) Áp dụng cho phanh, ly hợp (brake, clutch), giảm chấn (damper), khối gá động (engine mount), hệ thống phản hồi xúc giác (Haptics) [32-34] Trong nghiên cứu Yongqiang Wang cộng nghiên cứu mài bóng bề mặt phi cầu lõm cacbua vonfram cách sử dụng lưu chất MRF kết hợp với dung dịch hạt mài [35] Dưới tác động nam châm vĩnh cữu hình trụ bao bọc lớp vỏ ngồi khơng từ tính làm cho dung dịch mài MRF đơng đặc lại Ảnh hưởng thơng số đến q trình gia cơng bao gồm khe hở, góc làm 24 việc, phân bố lưu lượng đến độ nhám bề mặt chi tiết nghiên cứu khảo sát Nam châm hình trụ, với phân cực dọc theo hướng trục, có đường sức từ xuyên qua bề mặt hình trụ, tạo mật độ từ thơng cao bề mặt gần cuối hiệu ứng góc Vỏ làm từ loại vật liệu khơng từ tính để dễ dàng mang chất lỏng tách chất lỏng khỏi nam châm Đầu đánh bóng gắn với động nghiêng góc θ, có khoảng cách khe hở định với chi tiết gia công Trong q trình đánh bóng, lưu chất MRF đưa vào khe hở làm việc chi tiết đầu đánh bóng Dưới tác động từ trường dòng dung dịch mài cứng lại để tạo thành dụng cụ đánh bóng Các hạt mài lưu chất MRF tác động vào bề mặt gia công loại bỏ vật liệu (như mơ tả hình 1.11) Hình 1.11 Cơ chế gia cơng tinh bề mặt thấu kính MRF Trong q trình gia cơng, đầu mài từ trường dẫn động động trục máy mài Tốc độ đầu mài thiết lập khoảng 400 vòng/phút tốc độ 25 quay chi tiết khoảng 200 vịng/phút Góc nghiêng chi tiết thiết lập nghiên cứu 150, 300, 450, 600 Dung dịch mài từ tính kết hợp lưu chất từ biến MR có hạt sắt cacbonyl với kích thước trung bình 3.2µm hạt mài kim cương có kích thước 2µm, Nồng độ dung dịch mài từ tính tạo khoảng 40% Hình 1.12 thể trình gá đặt chi tiết gia cơng máy mài xác cao NACHI Hình 1.12 Mơ hình gia cơng MRF máy mài xác cao Kết q trình vết xước tế vi bề mặt chi tiết loại bỏ đạt độ nhám bề mặt theo yêu cầu Dưới tác dụng gia công đầu mài nhỏ độ nhám bề mặt chi tiết cải thiện đáng kể Ra = 1nm Lượng vật liệu loại bỏ đạt lớn 0.122 µm/phút ttrong điều kiện gia cơng khe hở 0.2mm, góc làm việc 150 Trong nghiên cứu khác Manpreet Sinngh cộng thử nghiệm mài mặt trụ ngồi phơi thép máy tiện CNC cỡ nhỏ, sử dụng dung dịch mài từ biến điều khiển đầu mài quay [36] Tác giả thí nghiệm với trường hợp đầu mài đứng yên đầu mài quay kết hợp với chi tiết quay trình mài Đầu mài phẳng quay đầu mài cong đứng yên sử dụng để so sánh độ nhám bề mặt đạt sau gia công hai loại đầu mài Mơ hình q trình gia cơng thể hình 1.13 26 Hình 1.13 (a) Gia cơng mài mặt trụ ngồi sử dụng đầu mài cong tĩnh, (b) Gia công mài mặt trụ ngồi sử dụng đầu dao phẳng quay Hình ảnh khe hở làm việc đầu mài phẳng quay đầu mài cong đứng yên trình bày hình 1.14 27 Hình 1.14 Hình ảnh phóng to khe hở làm việc dao đầu cong tĩnh dao đầu phẳng quay Hình ảnh trình cắt gọt đầu mài cong tĩnh có từ trường trình bày hình 1.15 Hình 1.15 Cơ học trình gia cơng đầu mài cong đứng n Hình ảnh trình cắt gọt đầu mài phẳng quay tác động từ trường thể hình 1.16 28 Hình 1.16 Cơ học trình gia công đầu mài phẳng quay Kết thực nghiệm cho thấy với đầu mài phẳng quay đạt hiệu so với đầu mài cong đứng yên Khi đầu mài phẳng quay tạo động cho hạt mài chúng có ảnh hưởng đáng kể đến tỉ lệ loại bỏ vật liệu đạt hiệu suất cao Kết so sánh hai loại đầu mài độ nhám bề mặt giảm từ 740 nm xuống 210 nm 90 phút gia công đầu mài cong tĩnh độ nhám bề mặt giảm từ 740 nm xuống 40 nm 90 phút gia công đầu mài thẳng quay 1.2 Tính cấp thiết đề tài Dựa nghiên cứu, phân tích đánh giá ta nhận thấy rằng: phương pháp gia công mài tinh ứng dụng rộng rãi ngồi nước với tiêu chí chung nhằm nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết cách tiếp cận theo nhiều phương pháp gia công khác Có nghiên cứu tập trung ảnh hưởng thơng số cơng nghệ q trình mài đá mài đến chất lượng bề mặt Đây phương pháp gia công tinh truyền thống ứng dụng rộng rãi từ lâu Các 29 phương pháp gia công truyền thống cần thời gian gia công tương đối lớn nên hiệu suất khơng cao Ngồi ra, hình dạng bề mặt gia công giới hạn định Để nâng cao chất lượng bề mặt gia công, mài mịn đá mài q trình gia cơng kiểm soát lực từ Tuy nhiên, phương pháp có mặt hạn chế chi phí tương đối cao cho trình điện phân thiết kế điện cực Bên cạnh đó, có nghiên cứu ứng dụng dung dịch mài để tiến hành gia công chi tiết có bề mặt phẳng bề dày mỏng Tuy nhiên, phân bố hạt mài dung dịch đánh bóng bề mặt chi tiết khơng đồng chúng có xu hướng nhanh chóng văng khỏi khu vực gia công lực ly tâm, dẫn đến bề mặt gia công đạt chất lượng không đồng Để nâng cao thời gian tồn hạt mài phân bố q trình gia cơng này, dịng điện trường khơng đồng thiết lập để tạo hiệu ứng điện phân dung dịch đánh bóng Q trình gia cơng gia công bề mặt chi tiết đơn giản, hạn chế phương pháp gia công dung dịch mài thông thường Để nâng cao khả gia cơng chi tiết có hình dạng phức tạp hơn, phương pháp gia công dung dịch mài phi Newton nghiên cứu áp dụng Các bề mặt phức tạp gia công với dung dịch mài phi Newton có độ nhớt định Tuy nhiên, việc điều khiển xác định xác độ nhớt chất lỏng phi Newton q trình gia cơng gặp nhiều khó khăn Thêm vào đó, với đời chất lỏng từ tính (MRF) mở nhiều hướng nghiên cứu ứng dụng chất lỏng từ tính công nghiệp Việc ứng dụng chất lỏng từ tính gia cơng tinh bề mặt chi tiết thực Các nghiên cứu tập trung vào xác định ảnh hưởng thông số gia công khe hở đầu mài chi tiết, cường độ dòng điện, nồng độ dung dịch mài đến chất lượng bề mặt chi tiết Các trình thực nghiệm đa phần tiến hành thiết bị thực nghiệm phức tạp, chi phí cao Bên cạnh đó, hầu hết nghiên cứu sử dụng đầu mài nhỏ dung dịch mài từ tính chuyển hóa đơng cứng lại có từ trường 30 Do vậy, việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị gia công tinh bề mặt chi tiết cần thiết mang lại hiệu kinh tế Chính thế, việc định hướng nghiên cứu đề tài cấp thiết, với kết nghiên cứu xây dựng phương pháp gia công tinh, thông số công nghệ gia công phù hợp thiết bị gia công tinh bề mặt chi tiết phục vụ cho lĩnh vực gia cơng xác 31 ... lượng bề mặt chi tiết, tìm cơng nghệ gia công tinh phù hợp với dạng bề mặt chi tiết yêu cầu cấp thiết Do đó, đề tài: “ Thiết kế chế tạo thiết bị gia công tinh bề mặt ứng dụng lưu chất từ biến? ?? đề... tạo thiết bị gia công tinh nhằm nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết Trong nghiên cứu này, kết hợp lưu chất từ biến loại hạt mài để tạo chất lỏng gia cơng có từ tính để tiến 12 hành gia công tinh. .. gia cơng bề mặt chi tiết phức tạp chất lượng bề mặt nâng cao, góp phần làm giảm thời gian tăng độ xác gia cơng Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu đề tài thiết kế chế tạo thiết bị gia công tinh bề mặt