Hcmute thiết kế và chế tạo mô hình miết cnc có dao động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MIẾT CNC CĨ DAO ĐỘNG S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2020-61 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2020 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MIẾT CNC CÓ DAO ĐỘNG Mã số đề tài: SV2020 – 61 Chủ nhiệm đề tài: Võ Nguyên Thịnh TP Hồ Chí Minh, 7/2020 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MIẾT CNC DAO ĐỘNG Mã số đề tài: SV2020-61 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ Thuật SV thực : Võ Nguyên Thịnh Nam, Nữ: Nam Phan Trung Sơn Nam, Nữ: Nam Lê Văn Dũng Nam, Nữ: Nam Dân tộc: kinh Lớp, khoa: 16143CL1 - Khoa Chất Lượng Cao Năm thứ: /Số năm đào tạo: Ngành học: Công nghệ chế tạo máy Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Sơn Minh TP Hồ Chí Minh, 7/2020 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mơ hình miết CNC có dao động - Chủ nhiệm đề tài: Võ Nguyên Thịnh - Lớp: 16143CL1 Mã số SV: 16143144 Khoa: Chất Lượng Cao - Thành viên đề tài: Stt Họ tên MSSV Lớp Khoa Võ Nguyên Thịnh 16143144 16143CL1B CLC Phan Trung Sơn 16143132 16143CL1A CLC Lê Văn Dũng 16143043 16143CL3 CLC - Người hướng dẫn : PGS.TS PHẠM SƠN MINH Mục tiêu đề tài: - Thiết kế vẽ chế tạo mơ hình miết CNC có dao động - Gia cơng lắp ráp mơ hình - Gia cơng số mẫu ứng dụng thực tế sản xuất Tính sáng tạo: - Nhóm sử dụng thành cơng thiết bị dao động PZT (Piezoelictric Transducers) vào q trình gia cơng Kết nghiên cứu: - Thiết kế chế tạo thành cơng mơ hình miết CNC có tích hợp dao động Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Luan van Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày tháng năm Người hướng dẫn (kí, họ tên) Luan van LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, sản xuất khí có nhiều phương pháp gia công kim loại đúc, gia công áp lực, gia công cắt gọt, hàn, phủ bề mặt, Mỗi phương pháp gia cơng kim loại có ưu nhược điểm riêng ứng dụng rộng rãi không sản xuất công nghiệp, mà hoạt động sản xuất người dân Trong phương pháp phương pháp gia cơng áp lực đóng vai trị quan trọng sản xuất tính ưu việt Ưu điểm phương pháp gia công sau kết thúc q trình khơng cần gia cơng khí, mà chi tiết đạt yêu đặt ban đầu, dễ ứng dụng khí hóa, tự động hóa để sản xuất hàng loạt với suất cao Ngày thiết bị công nghệ gia công kim loại áp lực phát triển phong phú, đa dạng Ở nước ta phương pháp ISF phát triển mạnh mẽ, việc hoàn thiện phát triển công nghệ gia công ISF quan trọng cần thiết nghiệp cơng nghiệp hóa đại cơng nghiệp khí nước nhà Trong đồ án cơng nghệ lần này, nhóm phân công với đề tài thiết kế, chế tạo đầu miết CNC phục vụ q trình tạo hình hốc vng từ phơi kim loại Nhằm mục đích tiếp cận tìm hiểu củng cố thêm kiến thức chuyên ngành, kiến thức cho công việc thực tế Trong trình thực đề tài NCKH nhóm giúp đỡ nhiệt tình thầy Phạm Sơn Minh thầy Trần Minh Thế Uyên thầy cô khác khoa đào tạo chất lượng cao Do kiến thức kinh nghiệm thực tế hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi nhiều sai sót, em mong nhận bảo góp ý thầy mơn để em hồn thiện đề tài có thêm nhiều kiến thức chuyên ngành Em xin chân thành cảm ơn! Luan van LỜI CẢM ƠN Khi hoàn thành NCKH lúc nhóm gần kết thúc thời gian học tập trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Khoảng thời gian học tập nghiên cứu Trường giúp cho nhóm hiểu yêu quý nơi nhiều Nhà trường Thầy Cơ khơng truyền đạt cho nhóm kiến thức chun mơn mà cịn giáo dục cho em lý tưởng, đạo đức sống Đây hành trang thiếu cho sống nghiệp nhóm sau Nhóm xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến tất Quý Thầy Cơ tận tình bảo, dẫn dắt nhóm đến ngày hơm để vững bước đường học tập làm việc sau Đề tài NCKH đánh dấu việc hoàn thành năm tháng miệt mài học tập nhóm Và đề tài đánh dấu trưởng thành đường học tập nhóm Qua nhóm xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè ln động viên tạo điều kiện để nhóm hồn thành khóa học Cuối cùng, nhóm xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy Phạm Sơn Minh, Thầy Trần Minh Thế Uyên Thầy Huỳnh Đỗ Song Toàn, với nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi định hướng đắn kịp thời Thầy giúp nhóm nhiều trình thực NCKH TP.HCM, tháng năm 2020 Nhóm sinh viên thực đề tài Luan van TÓM TẮT Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình miết CNC có dao động Quy trình nhằm nâng cao hiệu suất miết chất lượng bề mặt kiểm sốt rung động cưỡng Q trình rung động kiểm sốt, kết cấu thiết bị đơn giản, thuận lợi cho việc việc chế tạo vận hành Nội dung phương pháp nghiên cứu đề tài nghiên cứu đặc điểm cấu tạo thiết bị PZT với thiết kế đồ gá đo lực phục vụ cho trình thực nghiệm Thí nghiệm thực viện sư phạm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Nội dung luận văn trình bày cách đầy đủ cô đọng lý thuyết tương đối cấu tạo công dụng thiết bị PZT kết q trình mơ phần mềm kết hợp với đo đạt thực tế bề mặt phôi Kết đề tài thiết kế chế tạo cụm chưa dao miết kế hợp thiết bị dao động đồ gá đo lực (loadcell) nhằm phục vụ cho trình thực kiệm lấy kết để nâng cao hiệu suất miết chất lượng bề mặt, sở thực tiễn để xử lý khuyết tật bề mặt sản phẩm gia công phương pháp miết gây rung động tự nhiên khơng kiểm sốt sở lý thuyết cho nghiên cứu sâu cho tương lai ngành gia công Việt Nam Luan van ABSTRACT Subject: Researching, designing and manufacturing oscillating CNC machine model This process is aimed at improving surface efficiency and surface because it can control forced vibration Control vibration process, simple device structure, very convenient for manufacturing operation The content and research method of the project are researches on the structural characteristics of PZT equipment along with the design of force gauges for the experimental process The experiment was conducted at the pedagogical institute of Ho Chi Minh City University of Technology and Education The content of the thesis presented a complete and concise theory of relativity about the structure and use of PZT equipment and the results of the simulation process on software combined with actual measurement of workpiece surface The results of the project will be designing and manufacturing assemblies without oscillators and loadcells to serve the actual process to get results to improve the tapping efficiency and surface quality On the other hand, a practical basis for dealing with surface imperfections in sheet processing by means of friction caused by uncontrolled natural vibrations is also a theoretical basis for further research for the future of plate processing industry in Vietnam Luan van MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT ABSTRACT MỤC LỤC .5 DANH MỤC VIẾT TẮT .8 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH BIỂU ĐỒ 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.4 Mục tiêu nghiên cứu 1.5 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5.3 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Nội dung ĐATN 1.7 Các hoạt động phục vụ nội dung nghiên cứu ĐATN CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MÁY GIA CÔNG ISF .5 2.1 Lịch sử phương pháp tạo hình kim loại công nghệ ISF 2.1.1 Lịch sử phát triển tạo hình kim loại 2.1.2 Các phương pháp tạo hình truyền thống 2.2 Lịch sử phát triển công nghệ ISF 2.3 Mơ tả q trình 2.4 Khả biến dạng dẻo vật liệu công nghệ ISF 11 2.5 Phân loại ISF .12 2.5.1 SPIF : Hình thành gia tăng điểm 12 2.5.2 TPIF: Hình thành gia tăng hai điểm 13 2.6 Tổng quan thiết bị gia công công nghệ ISF .13 2.6.1 Máy thực trình biến dạng 13 2.6.2 Dụng cụ tạo hình trình biến dạng 14 2.7 Ảnh hưởng thơng số gia cơng lên khả tạo hình – chất lượng bề mặt độ xác .15 2.7.1 Ảnh hưởng thông số gia công lên khả tạo hình, chất lượng bề mặt độ xác 15 2.7.2 Ảnh hưởng vận tốc tiến dụng cụ F đến khả biến dạng chật lượng bề mặt 16 Luan van Kết luận: Ứng suất tối đa nhỏ ứng suất cho phép nhiều nên dao thỏa mãn điều kiện bền biến dạng dao nằm vùng biến dạng đàn hồi nên ta kết luận dao đạt yêu cầu độ bền 7.1.3 kiểm nghiệm phần cụm gá PZT - Theo quan sát trình thiết kế ta nhận biết chi tiết (5) đỡ PZT chi tiết phải chịu phản lực từ trục Z nhiều nên ta tiến hành kiểm nghiệm bền chi tiết Hình 7.5: Hình ảnh 3D chi tiết đỡ PZT Hình 7.6: Bản vẽ chi tiết 2D 58 Luan van Kiểm nghiệm: - Bước 1: Đặt lực: Ta chọn lực đặt vào chi tiết 200N (tham khảo từ catalog máy miết) - Bước 2: Mơ phỏng: Hình 7.8: Kết mơ ứng suất tối đa Hình 7.9: Kết mô chuyển vị thẳng đứng tối đa 59 Luan van - Sau mô ta thấy phần chịu ứng suất lớn chi tiết phần lỗ gá pzt gá Ốc lục giác M8 3,613 MPa thấp nhiều so với ứng suất bền cho phép 275MPa - Phần lỗ lắp ốc ta thấy phần lực mà lỗ ốc gánh chịu khoảng 2,891 MPa thấp nhiều so với ứng suất bền ốc lục giác - Chuyển vị (biến dạng ) lớn phần gá lục giác nhỏ ( 8,526.10-4 mm) Bảng 7.2: Cơ tính bu lơng lục giác tiêu chuẩn ISO 898-1 + Bước 3: kết luận: chi tiết ốc hoàn toàn đủ bền suốt trình gia cơng với lực tác dụng lên 200N 60 Luan van 7.2 Kiểm nghiệm gá đo lực Loadcell Hình 7.10: Mơ hình 3D loadcell Hình 7.11: Bảng vẽ chi tiết loadcell 61 Luan van - Trong suốt q trình khảo sát miết có dao động ta cần biết xác lực tác dụng lên bề mặt phơi nên ta cần dùng thiết bị lực Loadcell nên ta cần kiểm nghiệm bền Loadcel + Bước 1: Đặt lực 200N tác dụng theo phương Z vào phần chịu tác động lực miết + Bước 2: Mơ phỏng: Hình 7.12: Kết mơ ứng suất tối đa Hình 7.13: kết mô chuyển vị thẳng đứng tối đa 62 Luan van - Sau mô ta thấy lực tác động lớn loadcel 100,3 MPa lực mà ốc lục giác M4x30 phải gánh chịu - Chuyển vị thẳng đứng tối da 0,253 mm nhỏ + Kết luận: Cả loadcell ốc đủ bền để suốt trình miết dao động khơng tạo biến dạng gây hư hỏng 7.3 Nghiểm nghiệm tổng cụm gá Loadcell Hình 7.14: Bản vẽ lắp 3D gá loadcell - Qúa trình mơ cách chung ta tạo lực 200N vào đầu PZT mơ với tồn bộ gá loadcell ta két sau: Hình 7.15: Ứng suất tối đa loadcell 63 Luan van - Ứng suất tối đa nằm phần tiếp xúc loadcell thân đồ gá nơi xem gối đỡ lực theo phương Z 51,87 MPa - Ứng suất vị trí lắp ốc rơi vào khoảng 17 MPa - Biến dạng tối đa loadcel khoảng thời gian miết 0,07694 mm Hình 7.16: Chuyển vị tối đa loadcell - Kết luận: Loadcell hoàn toàn ổn định suốt trình miết + Thân đồ gá cụm cân: Bản vẽ Hình 7.17: Ứng xuất tối đa thân loadcell 64 Luan van Hình 7.18: Chuyển vị tối đa thân loadcell - Ứng suất tối đa phải chịu nằm phần gối đỡ suốt trình miết 29,74 MPa - Biến dạng suốt trình miết 0.008373 mm + Kết luận: thân đồ gá đảm bảo độ bền khơng có biến dạng gây hư hỏng suốt trình miết + Đế đồ gá: Hình 7.19: Ứng xuất tối đa đế loadcell 65 Luan van Hình 7.20: Chuyển vị tối đa thân loadcell - Áp lực tối đa mà đế đồ gá phải gánh chịu MPa - Áp lực tối đa đặt lên trượt rãnh nhôm 3,071 MPa - Biến dạng tối đa đế đồ gá bàn gá nhôm nhỏ + Kết luận: - Phần đế đồ gá bàn gá đạt tiêu chuẩn bền suốt q trình miết khơng gây biến dạng hư hỏng ảnh hưởng đến trình kiểm nghiệm lực miết - Cả cụm đồ gá loadcell có tính tốt khơng có vấn đề độ bền biến dạng suốt trình miết 66 Luan van CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 8.1 Kết luận - Với tính tốn, thiết kế qua phân tích kiểm nghiệm phần mềm cho mơ hình miết PZT thỏa mãn độ bền, uốn Nhóm tiến hành miết thử sản phẩm hình nón cụt kết hợp với tần số biên độ PZT giáo viên hướng dẫn cung cấp Dưới sản phẩm miết PZT có tích hợp dao động Hình 8.1: Sản phẩm miết có dao động 67 Luan van Hình 8.2: Sản phẩm miết khơng có dao động - Có thể thấy mắt thường so sánh sản phẩm miết dao động miết khơng có dao động có khác hồn tồn Miết khơng dao động có bề mặt khơng được bóng ma sát lớn dao dụng cụ phát sinh nhiệt lớn, gây tượng dính bết phoi lên dụng cụ miết bề mặt sản phẩm , làm giảm tuổi bền dụng cụ đồng thời làm giảm chất lượng sản phẩm trình tiếp xúc tỏa nhiệt cách liên tục - Cịn miết có dao động sản phẩm có bề mặt sáng, bóng trình rung siêu âm giải vấn đề mà miết khơng có dao động để lại - Cải thiện bề mặt - Cải thiện độ xác chi tiết - Cải thiện tỷ lệ hình thành - Cải thiện khả dịnh dạng - Cải thiện rút ngắn thời gian gia cơng tạo hình sản phẩm 68 Luan van 8.2 Hướng phát triển - Có thể thay phương pháp miết thơng thường - Nghiên cứu thông số pzt phù với rung động q trình miết để cải thiện sản phẩm ngày tốt - Triển khai ứng dụng công nghệ miết máy phay CNC phịng thí nghiệm, phục vụ cho cơng tác nghiên cứu trường hỗ trợ cho doanh nghiệp (ứng dụng đồ gá để gia công sản phẩm công ty nhỏ vừa, công ty liên quan đến gia cơng tạo hình, liên quan đến đồ gia dụng…) - Phương pháp nghiên cứu đầy đủ hồn chỉnh khả ứng dụng cao, thời đại ngày – thời đại mà linh hoạt hóa q trình sản xuất u cầu cấp thiết 69 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO - Trong nước: [1] Ths Trần Việt Thắng, Báo cáo khoa học: Nghiên cứu công nghệ miết ép phục vụ chế tạo chi tiết có kết cấu đặc biệt, chịu áp lực cao sản xuất vũ khí [2] PGS.TS Nguyễn Thanh Nam, Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy CNC tạo mẫu công nghệ ISF, 2013 [3] Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến khả biến dạng vật liệu kim loại gia cơng phương pháp tạo hình gia tăng SPIF nhiệt độ cao [4] Ứng dụng công nghệ miết chế tạo bình khí cơng nghiệp - Nước ngoài: [5] A Attanasio, E Ceretti, C Giardini, “Optimization of tool path in two points incremental forming”, Journal of Materials Processing Technology 177 (2006) [6] Carlos Felipe Guzmán, Jun Gu, Joost Duflou, Hans Vanhove, Paulo Flores, Anne Marie Habraken, Study of the geometrical inaccuracy on a SPIF two-slope pyramid by finite element simulations, 2012 [7] Crina Radu, Effects of process parameters on the quality of parts processed by single point incremental forming: International Journal of Modern Manufacturing Technologies, ISSN 2067–3604, Vol III, No 2, 2011 [8] Chenhao Wang, William J.T Daniel, Haibo Lu, Sheng Liu, Paul A Meehan, FEM Investigation of Ductile Fracture Prediction in Two-Point Incremental Sheet Metal Forming process, 2017 [9] David William Adams, Improvements on Single Point Incremental Forming through Electrically Assisted Forming, Contact Area Prediction and Tool Development.: Queen's University, Kingston, Ontario, Canada, 2013 [10] Edward Leszak “Apparatus and Process for Incremental Dieless Forming” Ser.No.388.577 10 Claims (Cl 72-81) [11] Erika Salem, Jaekwang Shin, Maya Nath, Mihaela Banu, Alan I Taub, Investigation ofThicknessVariationinSinglePoint Incremental Forming, 2016[12] Erika Salem, Jaekwang Shin, Maya Nath, Mihaela Banu, Alan I Taub, Investigation ofThicknessVariationinSinglePoint Incremental Forming, 2016 [12] Fan, G., Gao, L., Hussain, G., Zhaoli, Wu, Electric hot incremental forming: a novel technique.: International Journal of Machine Tools and Manufacture, 48 (15), p 1688-1692, 2008 70 Luan van [13] G Ambrogio, S Bruschi, A Ghiotti, L Filice, Formability of AZ31 magnesium alloy in warm incremental forming process., 2009 [14] Yogesh Kumar, Santosh Kumar Experimental and analytical evaluation of Incremental Sheet Hydro-Forming strategies to produce high forming angle sheets [15] G Ambrogio, V Cozza, L Filice, F Micari, “An analytical model for improving precision in single point incremental forming”, Journal of Materials Processing Technology (2007) [16] Giuseppina Ambrogio, Giuseppe Ingarao, Francesco Gagliardia, Rosa Di Lorenzo, Analysis Of Energy Efficiency Of Different Setups Able To Perform Single Point Incremental Forming (SPIF) Processes, 2014 [17] GSK CNC equipment in distributing cnc equipment [18] Hagan, E., Jeswiet, J., 2003 A review conventional and modern single point sheet metal forming methols In: Proc Of the ImechE – Journal of Engineering Manufacture – part B Vol.21 [19] M Rauch, J.Y Hascoet, J.C Hamann, Y Plennel, A new approach for toolpath programming in Incremental Sheet Forming.: Computer-Aided Design, vol 41, no 12, p 877-885, 2009 [20] Wu Y, Zhou Z Design calculations for flexure hinges[J] Review of scientificinstruments,2002,73(8):3101-3106 Handbook_of_Compliant_Mechanisms [21] PICA Power Piezo Actuators P-225-Datasheet.pdf 71 Luan van S K L 0 Luan van ... thuyết tương đối cấu tạo công dụng thiết bị PZT kết trình mô phần mềm kết hợp với đo đạt thực tế bề mặt phôi Kết đề tài thiết kế chế tạo cụm chưa dao miết kế hợp thiết bị dao động đồ gá đo lực... đề tài: - Thiết kế vẽ chế tạo mơ hình miết CNC có dao động - Gia cơng lắp ráp mơ hình - Gia cơng số mẫu ứng dụng thực tế sản xuất Tính sáng tạo: - Nhóm sử dụng thành cơng thiết bị dao động PZT... 6: QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO DAO MIẾT CNC 48 6.1 Khảo sát – thực nghiệm xem xét kỹ lại dao miết cũ từ hình thành ý tưởng dao miết phù hợp với thiết bị 48 6.2 Thiết kế sơ từ ý tưởng