Thiết kế và chế tạo thiết bị gia công tinh bề mặt ứng dụng lưu chất từ biến báo cáo tổng kết đề tài khoa học cấp trường

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