Đánh giá ảnh hưởng của khoan thép không gỉ (sus 304) có rung trợ giúp

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ THẢO ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA KHOAN THÉP KHƠNG GỈ (SUS 304) CĨ RUNG TRỢ GIÚP CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 60.52.01.03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN VĂN DỰ Thái Nguyên, năm 2016 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Thị Thảo Học viên lớp cao học khóa K16 - chuyên ngành: Kỹ thuật khí- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiên công tác Trường Cao đẳng nghề dân tộc nội trú Bắc Kạn, tỉnh Bắc Kạn Tôi xin cam đoan kết có luận văn thân tơi thực hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Dự Ngồi thơng tin trích dẫn từ tài liệu tham khảo liệt kê, kết số liệu thực nghiệm thực chưa công bố công trình khác Thái Nguyên, tháng năm 2016 Người thực Nguyễn Thị Thảo LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn khoa học, thầy giáo - PGS.TS Nguyễn Văn Dự tận tình hướng dẫn, bảo tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành cơng trình nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc ThS Chu Ngọc Hùng Trung tâm sáng tạo sản phẩm – Khoa Quốc tế - Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp giúp đỡ việc gia cơng, chế tạo thiết bị thí nghiệm thực thí nghiệm cho đề tài Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu, trường Cao đẳng nghề Dân tộc nội trú Bắc Kạn tạo điều kiện để tơi tham gia hồn thành khóa học Tôi xin chân thành cảm ơn động viên khích lệ gia đình, bạn bè, đồng nghiệp suốt thời gian học tập làm luận văn Thái Nguyên, tháng năm 2016 Người thực Nguyễn Thị Thảo TÓM TẮT Các ưu điểm vượt trội phương pháp khoan có rung động trợ giúp so với khoan truyền thống (khơng có rung động trợ giúp) thực nghiệm, kiểm chứng đánh giá thông qua thí nghiệm khoan lỗ sâu, có tỷ số L/D = 12 vật liệu thép không gỉ SUS 304 Một thiết bị tạo rung động tích cực tần số 50 – 70 Hz, sử dụng lượng khí nén, gọn nhẹ, đơn giản, dễ vận hành, giá thành rẻ thiết kế, chế tạo lần Việt Nam Thiết bị vận hành ổn định, tin cậy, cho phép thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng tích cực rung động trợ giúp gia cơng khoan lỗ sâu so với phương pháp khoan truyền thống Cơ cấu tạo rung động khí nén tạo rung động với tần số từ 52 Hz, biên độ từ 61 µm, tích hợp vào hệ thống khoan nhằm tạo rung động cho phôi theo phương dọc trục mũi khoan để khoan mẫu thép không gỉ SUS 304 Các lỗ có đường kính 3.0mm, tỷ số chiều sâu lỗ đường kính L/D 12 gia công đối chứng hai phương pháp khoan có rung khơng rung Các thí nghiệm thiết kế nhằm so sánh tiêu chính, bao gồm: Lực dọc trục, tượng mòn mũi khoan, hình thành phoi, độ lay rộng lỗ khoan, độ khơng trịn lỗ khoan… Kết thí nghiệm sau gia cơng phân tích so sánh thơng qua kiểm nghiệm so sánh t (2 samp le t-test) 44 mẫu đo Kết cho thấy khoan có rung động trợ giúp giảm lực cắt đến 2,6 lần, giảm độ lay rộng lỗ đến 4.3 lần, giảm độ khơng trịn lỗ khoan đến 14.8 lần, so với khoan khơng rung Các kết thí nghiệm chứng tỏ rằng, khoan có rung động trợ giúp cải thiện đáng kể tuổi bền dụng cụ cắt, độ ổn định kích thước lỗ khoan, cải thiện điều kiện phoi Trong nước giới, rung động trợ giúp gia công thường thực tạo rung công kềnh (như động Servo, li tâm khí ) thiết bị đắt tiền (các tinh thể áp điện, sóng siêu âm…) Kết nghiên cứu đem lại khả làm chủ công nghệ với thiết bị tạo rung động trợ giúp gia công dễ chế tạo, giá thành thấp, phù hợp với điều kiện sản xuất Việt Nam Kết cơng bố Tạp chí Cơ khí Việt Nam tháng 5/2016 Tạp chí Khoa học cơng nghệ Đại học Thái Nguyên, tháng năm 2016 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU 12 DANH MỤC BẢNG BIỂU 12 CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 12 MỞ ĐẦU 13 0.1 Tính cấp thiết đề tài .13 0.2 Mục tiêu nghiên cứu 14 0.3 Các kết đạt .14 0.4 Cấu trúc luận văn .15 Chương TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG CĨ RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP 16 1.1 Giới thiệu 16 1.2 Tổng quan khoan có rung trợ giúp 16 1.3 Các phương pháp tạo rung động trợ giúp 16 1.3.1 Phương pháp tạo rung động khí ( thủy lực) .16 1.3.2 Phương pháp tạo rung điện từ 19 1.3.3 Tạo rung hiệu ứng áp điện 20 1.4 Kết luận chương 24 Chương CHẾ TẠO, VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 25 2.1 Giới thiệu 25 2.2 Nguyên lý tạo rung tần số thấp 25 2.3 Xác định thông số chế tạo 26 2.4 Kết .29 2.4.1 Sơ đồ lắp đặt gá khoan tần số thấp 29 2.4.2 Chế tạo, lắp láp chi tiết 30 2.4.3 Lắp ghép chi tiết để tạo thành cấu hoàn chỉnh .34 2.5 Kết luận chương 35 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SO SÁNH 36 3.1 Giới thiệu 36 3.2 Thiết bị thí nghiệm 36 3.2.1 Máy công cụ 36 3.2.2 Mũi khoan 37 3.2.3 Phôi gia công 37 3.2.4 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm: .38 3.2.5 Chế độ công nghệ 39 3.3 Thiết bị tạo rung 39 3.3.1 Cơ cấu tạo đầu rung khí nén 39 3.3.2 Máy nén khí .41 3.3.2 Van điều áp .41 3.4 Thiết bị đo .42 3.4.1 Thiết bị đo lực 42 3.4.2 Kính hiển vi điện tử SEM (Scanning Electron Microscope) 44 3.4.3 Đồng hồ so 44 3.5 Cách thức thực thí nghiệm 44 3.6 Xác định số lượng mẫu cần thí nghiệm 48 3.7 Kết luận chương 48 Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SO SÁNH 49 4.1 Giới thiệu 49 4.2 So sánh lực dọc trục khoan 49 4.2.1 So sánh lực dọc trục chế độ cắt thứ 49 4.2.2 So sánh lực dọc trục chế độ cắt thứ hai 61 4.3 So sánh mòn dụng cụ cắt 72 4.3.1 So sánh mòn dụng cụ cắt chế độ thứ 72 4.3.2 So sánh độ mòn dụng cụ cắt chế độ thứ hai 73 4.4 So sánh hình thành thoát phoi 74 4.4.1 So sánh hình thành phoi chế độ thứ 74 4.4.2 So sánh hình thành phoi chế độ thứ hai .75 4.5 So sánh độ lay lộng lỗ khoan : 77 4.5.1.So sánh độ lay rộng lỗ khoan chế độ thứ .77 4.5.2 So sánh độ lay rộng lỗ khoan chế độ thứ hai .85 4.6 So sánh độ khơng trịn lỗ khoan : .93 4.6.1 So sánh độ không tròn chế độ thứ 93 4.6.2 So sánh độ khơng trịn lỗ khoan chế độ cắt thứ hai .95 4.7 Mức độ biến động đường kính lỗ khoan : 98 4.8 Kết luận chương 99 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 Báo cáo việt tiếp thu, bổ sung, chỉnh sửa Luận văn thạc sĩ theo Nghị Hội đồng đáng giá Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Nguyên lý hình thành lực li tâm 17 Hình 1.2.Sơ đồ nguyên lí tạo rung li tâm cho gia cơng khoan 17 Hình 1.3 Sơ đồ tạo rung khí nén thủy lực 18 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý tạo rung lực từ trường 19 Hình 1.5 Cơ cấu tạo rung động lực từ trường 20 Hình 1.6 Sơ đồ hiệu ứng áp điện 21 Hình 1.7 Ảnh chụp PZT dạng miếng đơn cơng nghiệp 22 Hình 1.8 Ảnh chụp PZT xếp chồng 22 Hình 1.9 Mơ hình tạo rung theo hiệu ứng áp điện 23 Hình 2.1 Mơ hình khoan rung với rung động trợ giúp 25 Hình 2.2 Các thơng số kích thước cấu tạo rung khí nén 27 Hình 2.3 Ảnh chụp kết thống kê biên độ rung 28 Hình 2.4 Ảnh chụp đồ thị biên độ rung 28 Hình 2.5 Ảnh chụp đồ thị phân tích tần số rung 29 Hình 2.6 Mơ hình tạo rung theo truyền dẫn khí nén 29 Hình 2.7 Ảnh chụp bệ gá sở 31 Hình 2.8 Ảnh chụp thiết bị đo lực Loadcell 31 Hình 2.9 Sơ đồ đấu mạch 04 Loadcell 32 Hình 2.10 Ảnh chụp đế 32 Hình 2.11 Ảnh chụp thân đồ gá 33 Hình 2.12 Sơ đồ ảnh chụp đầu rung kiểu FP-35-M 33 Hình 2.13 Ảnh chụp gá 34 Hình 2.14 Ảnh chụp cấu tạo rung sau lắp ráp 35 Hình 3.1 Ảnh chụp máy phay đứng KNUTH – VHF3 37 Hình 3.2 Ảnh chụp mũi khoan HSS – Nachi 37 Bảng 3.1 Thành phần hóa học thép không gỉ SUS 304 37 Hình 3.3 Sơ đồ thí nghiệm 38 Hình 3.4 Sơ đồ đầu rung khí nén FP - 35 - M 40 Hình 3.5 Ảnh chụp máy nén khí 41 Hình 3.6 Ảnh chụp van điều áp 41 Hình 3.7 Loadcell 42 Hình 3.8 Bộ khuếch đại KM02 42 Hình 3.9 Ảnh chụp Bộ thu thập liệu NI USB - 6008 43 Hình 3.10 Ảnh chụp kính hiển vi điện tử 44 Hình 3.11 Ảnh chụp đồng hồ so 44 Hình 3.12.Ảnh chụp ký hiệu lỗ khoan sau gia công 45 Hình 3.13 Ảnh chụp ký hiệu lỗ khoan sau gia công 45 Hình 3.14 Ảnh chụp hệ thống đo lực khoan cho hai chế độ 46 Hình 3.15 Ảnh chụp quan hệ điện áp khối lượng 46 Hình 3.16 Minh họa cách đổi điện áp sang lực 47 Hình 3.17 Tính tốn số lượng mẫu thí nghiệm cần thiết 48 Hình 4.1 Ảnh chụp kết thu 11 lỗ khoan không rung 53 Hình 4.2 Ảnh chụp kết thu 11 lỗ khoan có rung 53 Hình 4.3 Ảnh chụp giá trị lực trung bình hai phương pháp khoan 54 Hình 4.4 Ảnh chụp cách phân tích so sánh Two Sampled t – Test 55 Hình 4.5 Ảnh chụp đồ thị giá trị lực trung bình hai phương pháp khoan 56 Hình 4.6 Ảnh chụp kết phân tích so sánh Two – Sample t – test (giả thuyết đảo = 0.0) 56 Hình 4.7 Ảnh chụp cách phân tích so sánh Two Sampled t – Test 57 Hình 4.8 Ảnh chụp kết phân tích so sánh Two – Sample t – test (giả thuyết đảo = 198) 57 Hình 4.9 Ảnh chụp cách kiểm định t cho liệu dạng cặp 58 Hình 4.10 Ảnh chụp lựa chọn để so sánh t theo cặp 58 Hình 4.11 Ảnh chụp kết phân tích so sánh dạng cặp (Giả thuyết đảo = 0.0) 59 Hình 4.12 Ảnh chụp lựa chọn để so sánh t theo cặp 59 Hình 4.13 Ảnh chụp so sánh lực dọc trục theo cặp 60 Hình 4.14 Ảnh chụp phân tích lực dọc trục trung bình tần suất 60 Hình 4.15 Ảnh chụp kết phân tích Paired T-Test and CI 61 Hình 4.16 Ảnh chụp kết thu 11 lỗ khoan có rung 65 Hình 4.17 Ảnh chụp kết thu 11 lỗ khoan khơng rung 65 Hình 4.18 Ảnh chụp giá trị lực trung bình hai phương pháp khoan 66 Hình 4.19 Ảnh chụp đồ thị giá trị lực trung bình hai phương pháp khoan 67 Hình 4.20 Ảnh chụp kết phân tích lực dọc trục so sánh Two Sample t Test 68 Hình 4.21 Ảnh chụp kết phân tích Two-Sample T 69 Hình 4.22 Ảnh chụp lựa chọn để so sánh t theo cặp 70 Hình 4.23 Ảnh chụp kết phân tích so sánh t dạng cặp 70 Hình 4.24 Ảnh chụp lựa chọn để so sánh Paired t - Test 70 Hình 4.25 Ảnh chụp so sánh lực dọc trục theo cặp 71 Hình 4.26 Ảnh chụp phân tích lực dọc trục trung bình tần suất 71 Hình 4.27 Ảnh chụp kết phân tích so sánh Paired t – Test 72 Hình 4.28 Ảnh chụp lưỡi cắt mũi khoan sau 11 lỗ a Khoan khơng rung; b Khoan có rung; c Sơ đồ lưỡi cắt 73 Hình 4.29 Ảnh chụp lưỡi cắt mũi khoan sau 11 lỗ a Khoan thường; b Khoan rung; c Sơ đồ lưỡi cắt 74 Hình 4.30 Ảnh chụp phoi sau khoan 11 lỗ 75 Hình 4.31 Ảnh chụp phoi sau khoan 11 lỗ 75 Hình 4.32 Khoan có rung trợ giúp 76 Hình 4.33 Hiện tượng phoi bám dính 77 Hình 4.34 Ảnh chụp kết phân tích Two Sampled t – Test 78 Hình 4.35 Ảnh chụp kết so sánh độ lay rộng lỗ khoan 79 Hình 4.36 Ảnh chụp kết phân tích Two – Sample T 80 Hình 3.37 Ảnh chụp để so sánh t theo cặp 81 Hình 4.38 Ảnh chụp kết phân tích so sánh dạng cặp (Giả thuyết đảo = 0.0) 82 Hình 4.39 Ảnh chụp lựa chọn để so sánh t theo cặp 82 Hình 4.40.Ảnh chụp so sánh độ lay rộng lỗ theo cặp t 83 Hình 4.41.Ảnh chụp so sánh độ lay rộng lỗ tần suất 83 Hình 4.42 Ảnh chụp kết phân tích so sánh theo cặp t 84 Hình 4.43 Ảnh chụp cách vẽ cách tính thông số lượng biến độ độ lay rộng lỗ khoan 84 Hình 4.44 Ảnh chụp kết so sánh độ lay rộng lỗ khoan 86 Hình 4.45 Ảnh chụp so sánh độ lay rộng trung bình 87 Hình 4.46.Ảnh chụp kết phân tích Two Sample t - Test 88 Hình 4.47 Ảnh chụp để so sánh t theo cặp 89 Hình 4.48 Ảnh chụp kết phân tích so sánh dạng cặp (Giả thuyết đảo = 0.0 90 Hình 4.49 Ảnh chụp lựa chọn để so sánh t theo cặp 90 Hình 4.50 Ảnh chụp kết phân tích Paired t - test 91 Hình 51 Ảnh chụp kết phân tích so sánh theo cặp t 91 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Bảng 4.15 Độ lay rộng đường kính lỗ khoan (mm) TT lỗ khoan Đường kính khoan rung (mm) Độ lay rộng rung (mm) Đường kính khoan khơng rung (mm) Độ lay rộng không rung (mm) 3.1 0.1 3.06 0.06 3.13 0.13 3.06 0.06 3.505 0.505 3.055 0.055 3.18 0.18 3.06 0.06 3.45 0.45 3.04 0.04 3.195 0.195 3.035 0.035 3.085 0.085 3.08 0.08 3.095 0.095 3.065 0.065 3.165 0.165 3.115 0.115 10 3.7 0.7 3.115 0.115 11 3.45 0.45 3.95 0.95 Dưới đây, phần mềm Minitab  16.0 được sử dụng để phân tích giả thuyết Trước hết, nhập số liệu bảng 4.15 vào Minitab đặt tên cột liệu sau: cột thứ nhât “No vibration”, cột thứ hai “With vibration” Kích menu Stat >Basic Statistisc > Paired t… Trong hộp thoại tiếp theo, chọn Samples in columns kích chọn tên cột cho hai tập mẫu Kích nút Option để nhập mức tin cậy (95%); nhập chênh lệch giá trị trunh bình tập tồn 0.0; chọn kiểu giả thuyết Great than (lớn hơn) hình minh họa 4.47 Hình 4.47 Ảnh chụp để so sánh t theo cặp Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Trang 89 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Kết thu minh họa hình 4.48 Hình 4.48 Ảnh chụp kết phân tích so sánh dạng cặp (Giả thuyết đảo = 0.0 Kết phân tích thống kê phần mềm Minitab  16.0 minh họa hình 4.48 Dễ thấy, Độ lay rộng lỗ 11 mẫu khoan không rung lớn so với khoan có rung 0.18 mm Mức độ sai khác lực dọc trục trung bình hai tập tồn lỗ khoan khơng rung có rung khẳng định qua kết phân tích thống kê Kiểm tra sác xuất T – test = (vs >0) P – value nhỏ, nhỏ mức ý nghĩa thông dụng (α = 0.05) Do vậy, ta loại bỏ giả thuyết đảo chấp nhận giả thuyết Nghĩa là, với mức tin cậy 95%, lỗ khoan khơng có rung động trợ giúp lay rộng lỗ khoan có rung (Khoảng 0.085 mm hình 4.48) Để tái khẳng định điều này, tiến hành kiểm định giả thuyết thống kê so sánh sau:  H0: µ1 - µ2 = 0.08  H1: µ1- µ2 > 0.08 Tiến hành lặp lại trình hộp Test mean, ta chọn 0.08 – giả thuyết đảo chọn kiểu giả thuyết Great than (lớn hơn) hình minh họa 4.49 Hình 4.49 Ảnh chụp lựa chọn để so sánh t theo cặp Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Trang 90 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Kết thu minh họa hình 4.50, hình 4.51 Hình 4.50 Ảnh chụp kết phân tích Paired t - test a Ảnh chụp so sánh độ lay rộng lỗ khoan theo cặp b.Ảnh chụp so sánh độ lay rộng lỗ khoan tần suất Nhận xét: Khi đồ thị cho sai khác giá trị độ lay rộng lỗ 0.08, giả thuyết đảo sai khác lớn 0.08, sai khác hai phương pháp 0.08, loại giả thuyết đảo chọn giả thuyết chính, H1: σKR - σR = 0.08 độ lay rộng hai phương pháp 0.08 Ta mong muốn độ lay rộng khoan không rung lớn khoan có rung 0.08 Do giả thuyết phát biểu sau: H1: σKR - σR > 0.08 Kết hình 4.51 cho thấy, giá trị P-value = 0.047 nhỏ mức ý nghĩa thông dụng (= 0.05), vậy, ta loại bỏ giả thuyết đảo Tức với độ chắn đến 95%, kết luận lỗ khoan khơng có rung lớn khoan có rung 0.085mm) Paired T-Test and CI: No Vibration, With vibration Paired T for No Vibration - With vibration N Mean StDev SE Mean No Vibration 11 0.2345 0.1655 0.0499 With vibration 11 0.0545 0.0182 0.0055 Difference 11 0.1800 0.1731 0.0522 95% lower bound for mean difference: 0.0854 T-Test of mean difference = 0.08 (vs > 0.009): T-Value = 3.28 P-Value = 0.047 Hình 51 Ảnh chụp kết phân tích so sánh theo cặp t Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Trang 91 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật khí - So sánh lượng biến động F – Distribution Gọi độ lệch chuẩn độ lay rộng khoan không rung σ1, độ lệch chuẩn độ lay rộng khoan có rung σ2 Đặt H0 - Giả thuyết đảo, H1 - Giả thuyết Sai khác hai phương pháp khác không, loại giả thuyết đảo, chọn giả thuyết Dưới đây, phần mềm Minitab  16.0 sử dụng để phân tích giả thuyết Trước hết, nhập số liệu bảng 4.15 vào Minitab thực hình minh họa 4.52 Hình 4.52 Ảnh chụp cách vẽ cách tính thơng số lượng biến độ độ lay rộng lỗ Ta có cơng thức: F  S12 S 22 Trong F – lượng biến động toàn tập, Độ lay rộng lỗ khoan khơng rung có rung ký hiệu S12 S 22 Ta có: F  S12 9.333   3.491(mm) S 22 2.673 So sánh ta thấy F = 3.49 > (F 0.05; 10;10 = 2.978), loại bỏ H0 Ta kết luận rằng, với độ tin cậy 95%, khoan có rung có biến động độ lay rộng lỗ nhỏ khoan không rung Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Trang 92 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Kết luận: Đánh giá tiêu độ lay rộng lỗ khoan thông qua so sánh 04 thông số sau: phần trăm độ lay rộng lỗ (Two Samples t - test ); giá trị đường kính trung bình , so sánh theo cặp t lượng biến động F – Distribution cho kết sau: - Tập thí nghiệm thứ : Độ lay rộng lỗ khoan 11 mẫu khoan khơng rung ln lớn khoan có rung 4.3 lần mức sai khác hai tập tồn lỗ khoan khơng rung có rung khẳng định qua kết phân tích thống kê với 95% xác suất sai khác 2.9 % Nói cách khác, độ lay rộng 11 mẫu khoan không rung lớn khoan có rung 0.18 mm Mức độ sai khác độ lay rộng lỗ khoan Kiểm định giả thuyết thống kê cho hai tập tồn lỗ khoan khơng rung có rung khẳng định qua kết thống kê Với độ tin cậy 95% có xác suất sai khác 0.08 mm - Tập thí nghiệm thứ hai : Độ lay rộng lỗ khoan 11 mẫu khoan không rung ln lớn khoan có rung 3.7 lần mức sai khác hai tập toàn lỗ khoan khơng rung có rung khẳng định qua kết phân tích thống kê với 95% xác suất sai khác 2.8 % Nói cách khác, độ lay rộng 11mẫu khoan không rung lớn khoan có rung 0.18 mm 4.6 So sánh độ khơng trịn lỗ khoan : 4.6.1 So sánh độ khơng tròn chế độ thứ Chế độ cắt thực gồm thông số bảng 4.16 Bảng 4.16 Thông số chế độ cắt Thông số cơng nghệ Khoan khơng rung Khoan có rung Tốc độ vịng quay trục n1 = 1130 vịng/phút n1 = 1130 vòng/phút Lượng chạy dao: s1 = 0,08 mm/vòng s1 = 0,08 mm/vịng Biên độ Khơng 61 Micro met Tần số Khơng 52 Hz Độ khơng trịn lỗ khoan ảnh hưởng lớn đến khả làm việc lỗ nên thơng số quan trọng để đánh giá chất lượng trình khoan Vẫn sử dụng kính hiển vi điện tử SEM TM – 1000 Hitachi, xác định tương đối xác đường kính nhỏ đường kính lớn tất 22 lỗ phôi Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Trang 93 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật khí thí nghiệm với trường hợp khoan khơng rung khoan có rung, ảnh minh họa hình 4.53 Hình 4.53 Ảnh chụp đường kính lỗ khoan khơng rung thứ a Kích thước lớn dmax = 3,90mm; b kích thước nhỏ dmin = 3,84mm Kết đo đường kính kết xác định độ khơng trịn lỗ thể bảng 4.17 Độ khơng trịn đánh giá qua thơng số E (mm) xác định sau: E Dmax  Dmin (4.4) Ở đây: Dmax: Đường kính lớn lỗ khoan (mm) Dmin: Đường kính nhỏ lỗ khoan (mm) Bảng 4.17 Độ khơng trịn lỗ khoan cho hai phương pháp 3.06 3.03 Độ không trịn khoan có rung E1 (mm) 0.015 3.07 3.05 0.01 3.31 3.07 0.12 3.08 3.05 0.015 3.9 3.11 0.395 3.07 3.06 0.005 3.11 3.07 0.02 3.09 3.08 0.005 3.1 3.08 0.01 3.03 3.02 0.005 3.84 3.08 0.38 3.03 3.02 0.005 3.22 3.08 0.07 3.06 3.03 0.015 3.22 3.07 0.075 3.06 3.05 0.005 3.29 3.08 0.105 10 3.07 3.06 0.005 3.11 3.07 0.02 TT Dmax có Dmin có rung rung (mm) (mm) Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Dmax không rung (mm) 3.9 Dmin khơng rung (mm) 3.84 Độ khơng trịn khoan khơng rung E1 (mm) 0.03 Trang 94 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật TT Chun ngành: Kỹ thuật khí Dmax có Dmin có rung rung (mm) (mm) 11 3.07 3.06 Độ khơng trịn khoan có rung E1 (mm) 0.005 Dmax khơng rung (mm) 3.29 Dmin không rung (mm) 3.08 Độ không trịn khoan khơng rung E1 (mm) 0.105 Sử dụng phần mềm Minitab16.0 với phép phân tích thực nghiệm so sánh “2 samples t-test” tương tự phân tích độ lay rộng lỗ khoan, kết phân tích thống kê cho thấy, khoan có rung làm giảm độ khơng trịn trung bình mẫu khoan từ 0.1 mm xuống cịn 0.008 mm (xem hình 4.54) Kiểm định giả thuyết thống kê cho thấy, với xác xuất tin cậy 95%, khẳng định lỗ khoan có rung trợ giúp làm giảm độ khơng trịn thêm 0.04 mm Hình 4.54 Ảnh chụp kết so sánh độ khơng trịn 4.6.2 So sánh độ khơng tròn lỗ khoan chế độ cắt thứ hai Chế độ cắt thứ hai gồm thông số bảng 4.18 Bảng 4.18 Thông số chế độ cắt Thông số cơng nghệ Khoan khơng rung Khoan có rung Tốc độ vịng quay trục n2 = 1130 vịng/phút n2 = 1130 vòng/phút Lượng chạy dao: s2 = 0,15 mm/vòng s2 = 0,15 mm/vịng Biên độ Khơng 61 Micro met Tần số Khơng 52 Hz Độ khơng trịn lỗ khoan ảnh hưởng lớn đến khả làm việc lỗ nên thơng số quan trọng để đánh giá chất lượng trình khoan Vẫn sử dụng kính hiển vi điện tử SEM TM – 1000 Hitachi, xác định tương đối Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Trang 95 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật khí xác đường kính nhỏ đường kính lớn tất 22 lỗ phơi thí nghiệm với trường hợp khoan khơng rung khoan có rung Hình 4.55 Ảnh chụp đường kính lỗ khoan khơng rung thứ sáu a Kích thước lớn dmax = 3,29mm; b kích thước nhỏ dmin = 3,08mm Kết đo đường kính kết xác định độ khơng trịn lỗ thể bảng 4.19 Độ khơng trịn đánh giá qua thông số E (mm) xác định sau: E Dmax  Dmin (4.7) Ở đây: Dmax: Đường kính lớn lỗ khoan (mm) Dmin: Đường kính nhỏ lỗ khoan (mm) Bảng 4.19 Độ không tròn lỗ khoan cho hai phương pháp TT Dmax có rung (mm) Dmin có rung (mm) Độ khơng trịn khoan có rung E1 (mm) 3.09 3.03 0.03 3.13 3.07 Độ khơng trịn khoan khơng rung E1 (mm) 0.03 3.10 3.02 0.04 3.18 3.08 0.05 3.08 3.03 0.025 3.9 3.11 0.395 3.07 3.05 0.01 3.31 3.05 0.13 3.06 3.02 0.02 3.84 3.06 0.39 3.05 3.02 0.015 3.29 3.08 0.105 3.09 3.07 0.01 3.10 3.07 0.015 Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Dmax không rung (mm) Dmin không rung (mm) Trang 96 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật khí TT Dmax có rung (mm) Dmin có rung (mm) Độ khơng trịn khoan có rung E1 (mm) 3.07 3.06 0.005 3.11 3.08 Độ khơng trịn khoan khơng rung E1 (mm) 0.015 3.13 3.10 0.015 3.22 3.11 0.055 10 3.18 3.13 0.025 3.9 3.5 0.2 11 3.10 3.09 0.005 3.84 3.06 0.39 Dmax không rung (mm) Dmin không rung (mm) Sử dụng phần mềm Minitab16.0 với phép phân tích thực nghiệm so sánh “2 samples t-test” tương tự phân tích độ lay rộng lỗ khoan, kết phân tích thống kê cho thấy, khoan có rung làm giảm độ khơng trịn trung bình mẫu khoan từ 0.160 mm xuống 0.0182 mm Nghĩa là, độ khơng trịn lỗ khoan có rung 1/9 lần so với độ lay rộng lỗ khoan khơng rung (xem hình 4.56) Kiểm định giả thuyết thống kê cho thấy, với xác xuất tin cậy 95%, khẳng định lỗ khoan có rung trợ giúp làm giảm độ khơng trịn thêm 0.055 mm Hình 4.56 Ảnh chụp kết so sánh độ khơng trịn Kết luận: Đánh giá tiêu độ khơng trịn lỗ khoan thơng qua so sánh (Two Samples t - test ) hai tập thí nghiệm cho kết sau: - Tập thí nghiệm thứ nhất: Khi khoan 11 lỗ độ khơng trịn khoan khơng rung ln lớn khoan có rung 0.1127 mm Với độ tin cậy 95% mức độ sai khác hai tập tồn lỗ khoan khơng rung có rung 0.0413 mm Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Trang 97 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Nói cách khác, khoan có rung giảm độ khơng trịn lỗ khoan 14,8 lần so với khoan khơng rung - Tập thí nghiệm thứ hai: Khi khoan 11 lỗ độ khơng trịn lỗ khoan khơng rung ln lớn khoan có rung 0.1423 mm Với độ tin cậy 95% mức độ sai khác độ khơng trịn lỗ khoan khơng rung lớn khoan có rung 0.0557 mm Nói cách khác, khoan có rung giảm độ lay rộng lỗ khoan 8.8 lần so với khoan không rung 4.7 Mức độ biến động đường kính lỗ khoan : Một thơng số quan trọng khác cần quan tâm độ ổn định đường kính lỗ khoan Độ ổn định lỗ khoan ảnh hưởng lớn đến dung sai lỗ khoan gây khó khăn cho việc xác định quy luật gây sai số khoan dẫn đến khó khăn cho việc tìm giải pháp để giảm tăng độ xác khoan, thể sau: Histogram of đường kính khoan thường Normal Mean StDev N 3.235 0.1655 11 tần suất 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 đường kính (mm) 3.4 3.5 3.6 Hình 4.57 Ảnh chụp phân bố thơng kê đường kính lỗ khoan không rung Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Trang 98 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Hình 4.58 Ảnh chụp phân bố thống kê đường kính lỗ khoan có rung Nhận xét: Quan sát ảnh chụp hai chế độ thấy, chế độ khoan khơng rung (hình 4.57), thu lỗ có đường kính biến động từ 3.15mm đến 3.5mm, có giá trị trung bình khoảng 3.2 mm giá trị phân bố chuẩn 0.2mm Chế độ khoan có rung (hình 4.58 ) cho lỗ có đường kính biến động từ 3.03mm đến 3.09mm, có giá trị trung bình khoảng 3.06 mm giá trị phân bố chuẩn 0.02mm Rõ ràng, khoan có rung động trợ giúp cho sản phẩm lỗ có đường kính bị lay rộng hơn, đồng thời cịn có khoảng phân bố kích thước đường kính hẹp so với khoan không rung Đây mục tiêu quan trọng mà nhà sản xuất thường muốn đạt tới 4.8 Kết luận chương Chương trình bày bước chuẩn bị thí nghiệm q trình thí nghiệm khoan theo phương pháp với hai chế độ cơng nghệ: Khoan có rung động trợ giúp khoan không rung 02 mẫu phôi SUS 304 Sau thí nghiệm, tiến hành đo đường kính tất mẫu khoan để tiến hành xử lý phần mềm Minitab16.0 Kết đo xử lý số liệu cho kết luận quan trọng: So sánh tiêu chế độ cắt thứ Với tập thí nghiệm khoan có rung động trợ giúp giảm lực cắt đến lần; giảm độ lay rộng lỗ đến 4.3 lần; giảm độ khơng trịn lỗ khoan đến 14.8 lần so với khoan không rung Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Trang 99 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật khí So sánh tiêu chế độ cắt Tập thứ hai Với tập thí nghiệm khoan có rung động trợ giúp giảm lực cắt đến 2.6 lần; giảm độ lay rộng lỗ đến 3.7 lần; giảm độ không trịn lỗ khoan đến 8.8 lần so với khoan khơng rung Các kết thí nghiệm cịn chứng tỏ rằng, khoan có rung động trợ giúp cải thiện đáng kể tuổi bền dụng cụ cắt, độ ổn định kích thước lỗ khoan, đặc tính phoi, chất lượng bề mặt lỗ khoan, lượng biến động đường kính lỗ khoan, lượng biến động lực dọc trục so với khoan không rung Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Trang 100 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật khí KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Các kết đạt được: Cơ cấu rung động trợ giúp cho khoan theo phương pháp tạo rung theo phương dọc trục đầu rung khí nén FP - 35 - M thiết kế, chế tạo đưa vào thực nghiệm khoan thép không gỉ SUS 304 Cơ cấu nhỏ gọn, vận hành dễ dàng đảm bảo khả làm việc điều kiện thí nghiệm Kết thí nghiệm khẳng định vượt trội phương pháp khoan có rung động trợ giúp so với phương pháp khoan khơng rung Dưới kết đề tài đạt được: Tổng quan sở nghiên cứu triển khai rung động trợ giúp gia cơng nói chung ngun cơng khoan nói riêng; Chế tạo thiết bị thí nghiệm rung động tần số thấp trợ giúp khoan theo phương dọc trục đầu rung khí nén FP - 35 – M; Vận hành thu thập số liệu thực nghiệm cấu rung động trợ giúp khoan thép khơng gỉ SUS 304; Khẳng định tính ưu việt khoan có rung động trợ giúp so với khoan khơng rung qua việc phân tích có hệ thống số liệu thực nghiệm; Khái quát hóa khả chủ động công nghệ tạo rung động trợ giúp ngun cơng khoan vật liệu khó gia cơng thép không gỉ, … Đề xuất hướng nghiên cứu: Mặc dù nghiên cứu phân tích chứng minh ưu điểm vượt trội khoan có rung động trợ giúp so với khoan không rung qua thí nghiệm cụ thể cấu tạo rung chế tạo, nhiên cịn có số vấn đề cần thiết nghiên cứu tìm hiểu sâu cho cấu bước kế tiếp, cụ thể là: Nghiên cứu đo mômen xoắn, đo nhiệt cắt Tối ưu hóa thơng số rung thông số công nghệ Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Trang 101 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật khí TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Experimental Evaluation and Optimization of Dry Drilling Parameters of AISI304 Austenitic Stainless Steel using Different Twist Drills [2] Feng Ke, Jun Ni, D.A Stephenson, Continuous chip formation in drilling, International Journal of Machine Tools & Manufacture 45 (2005); pp 1562-1568; [3] Gwo-Lianq Chern, Han-Jou Lee, Using workpiece vibration cutting for micro-drilling, International Journal of Advance Manufacturing Technology 27 (2006); pp 688-692; [4] Adachi K.; Arai N.; Harada S.; Okita K.; Wakisaka S., A study on burr in low frequency vibration drilling – Drilling of aluminum, Bulletin of JSPE, 21 (4); pp 258–264; [5] G.-L Chern, J.M Liang, Study on boring and drilling with vibration cutting, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 47(1), 2007, pp.133-140; [6] B Azarhoushang, J Akbari, Ultrasonic-assisted drilling of Inconel 738LC, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 47(7–8), 2007, pp 1027–1033; [7] Zhang DY, et al (1994), Study on the drill skidding motion in ultrasonic vibration microdrilling, International Journal of Machine Tools and Manufacture 34(6), pp 847–857; [8] H Onikura, O Ohnishi, J.H Feng, T Kanda, T Morita, U Bopp, Effects of ultrasonic vibration on machining accuracy in microdrilling, International Journal of JSPE 30 (3) (1996), pp 210–216; [9] Phan Văn Nghị, Nguyễn Văn Dự, Lê Duy Hội, Khoan lỗ sâu hợp kim nhơm có trợ giúp rung động tần số thấp, Tạp chí Khoa học Công nghệ trường Đại học Kỹ thuật, số 92/2013, tr 75-81; [10] American Iron and Steel Institute, Stainless Steel for Machining, Designer Handbook, 2012; [11] S Emura, M Kawajiri, X Min, S Yamamoto, K Sakuraya, K Tsuzaki, Machinability Improvement and Its Mechanism in SUS304 Austenitic Stainless Steel by Precipitated Hexagonal Boron Nitride,ISIJ International, Vol 53 (2013), No 10, pp 1841–1849; Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Trang 102 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật khí [12] M.P Yan and H Shao, Study on High-Speed Drilling of SUS304 Based on FEA, Advanced Materials Research Vol 188 (2011) pp 529-534; [13] N.G Kaneriya,G K Sharma, Experimental Evaluation and Optimization of Dry Drilling Parameters of AISI304 Austenitic Stainless Steel using Different Twist Drills, 5th International & 26th All India Manufacturing Technology, Design and Research Conference (AIMTDR 2014), pp 543-1-7; [14] A ầiỗek, T Kvak, E Ekici, Optimization of drilling parameters using Taguchi technique and response surface methodology (RSM) in drilling of AISI 304 steel with cryogenically treated HSS drills, Journal of Intelligent Manufacturing, Volume 26, Issue (2015), pp 295-305; [15] N Arai, K Adachi, M Nakamura, S Wakisaka, M Ryudo, A Study on Low Frequency Vibratory Drilling of SUS304: Cutting Temperature of Drill Point, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers Series C, Vol 56, release 2008, pp 1960-1964 [16] Nguyễn Văn Dự, Chu Ngọc Hùng, Giải pháp khoan lỗ sâu hợp kim nhơm có trợ giúp rung động tần số thấp, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 6/2015, tr 14-17; [17] Nguyễn Văn Dự, Nguyễn Đăng Bình, Quy hoạch thực nghiệm kỹ thuật, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2011 [18] Franca L.F.P., Weber H.I.,(2004), Experimental and numerical study of a new resonance hammer drilling model with drift, Chaos, Solitons and Fractals 21, 789-801 Thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Trang 103