THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP GIA CÔNG LỖ SÂU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP GIA CƠNG LỖ SÂU Mã số: ĐH2013-TN02-09 Chủ nhiệm đề tài: Chu Ngọc Hùng Thái Nguyên, 10/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP GIA CÔNG LỖ SÂU Mã số: ĐH2013-TN02-09 Chủ nhiệm đề tài: Chu Ngọc Hùng Xác nhận tổ chức chủ trì (ký tên, đóng dấu) KT.HIỆU TRƯỞNG PHĨ HIỆU TRƯỞNG Chủ nhiệm đề tài Chu Ngọc Hùng PGS.TS Vũ Ngọc Pi Thái Nguyên, 10/2018 i DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI STT Họ tên Đơn vị công tác Chu Ngọc Hùng Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp, ĐHTN Nguyễn Văn Dự Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp, ĐHTN Lê Duy Hội Trường Cao đẳng KTKT, ĐHTN Phan Văn Nghị Trường ĐH Kỹ thuật Cơng nghiệp, ĐHTN ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU vii 0.1 Tính cấp thiết 0.2 Mục tiêu cách tiếp cận 0.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 0.2.2 Cách tiếp cận vấn đề 0.2.3 Phương pháp nghiên cứu 0.2.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 0.3 Các kết đạt 0.4 Cấu trúc nội dung báo cáo Chương TỔNG QUAN VỀ RUNG ĐỘNG SIÊU ÂM TRỢ GIÚP KHOAN 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Ứng dụng siêu âm gia công 1.2.1 Gia công siêu âm 1.2.2 Gia công siêu âm quay 1.2.3 Rung động siêu âm trợ giúp gia công 11 1.3 Siêu âm trợ giúp khoan 16 1.3.1 Nguyên tắc chung 16 1.3.2 Cơ chế trình siêu âm trợ giúp khoan 18 1.4 Kết luận chương 21 Chương 22 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CƠ CẤU RUNG SIÊU ÂM TRỢ GIÚP KHOAN 22 2.1 Giới thiệu 22 2.2 Một số khái niệm dao động, rung động siêu âm 22 2.2.1 Bản chất sóng âm 23 2.2.2 Nguyên tắc truyền rung động siêu âm 24 2.2.3 Các phương pháp tạo rung động siêu âm 27 2.2.4 Siêu âm công suất 30 iii 2.2.5 Cơ sở lí thuyết truyền sóng vật liệu 32 2.3 Hệ thống rung siêu âm sử dụng gốm áp điện 35 2.3.1 Máy phát điện siêu âm 35 2.3.2 Bộ chuyển đổi siêu âm 36 2.3.3 Đầu khuếch đại biên độ 39 2.4 Xác định thông số cấu rung siêu âm sử dụng gốm áp điện 42 2.4.1 Nguyên tắc xác định tần số cộng hưởng 42 2.4.2 Xác định biên độ rung 46 2.5 Chế tạo, lắp ráp cấu rung siêu âm trợ giúp khoan 49 2.5.1 Nguyên tắc gá kẹp mũi khoan với chuyển đổi 49 2.5.2 Lựa chọn thiết bị siêu âm 50 2.5.3 Cấu tạo nguyên lí làm việc cấu rung siêu âm trợ giúp khoan 53 2.5.4 Mơ hình phân tích phần tử hữu hạn cho cấu rung 54 2.5.5 Thực nghiệm xác định tần số cộng hưởng cấu rung siêu âm trợ giúp khoan 56 2.5.6 Thực nghiệm xác định biên độ rung dụng cụ cắt 63 2.6 Kết luận chương 67 Chương 68 THỰC NGHIỆM GIA CÔNG ĐÁNH GIÁ CƠ CẤU RUNG 68 3.1 Giới thiệu 68 3.2 Thiết bị thí nghiệm 68 3.3 Thiết kế thí nghiệm 76 3.4 Kết thảo luận 78 3.4.1 Thực nghiệm so sánh 80 3.4.2 Lựa chọn thông số gia cơng hợp lí 87 3.5 Kết luận chương 91 Chương 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92 4.1 Kết luận 92 4.2 Kiến nghị 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Nguyên lý gia công siêu âm Hình Ngun lí gia cơng siêu âm quay [76]: (a) gia công lỗ, (b) mài bề mặt Hình Rung động siêu âm trợ giúp tiện [75] 11 Hình Các phương án bổ xung rung động vào q trình gia cơng [54][41] 13 Hình Sơ đồ kĩ thuật rung 1D [77][37] 15 Hình Sơ đồ kĩ thuật rung 2D [77][37] 16 Hình Kiểu rung UAD [36][43]: (a) rung dọc trục,(b) rung xoắn, (c) rung kết hợp .17 Hình Mơ hình mũi khoan rung-phôi quay [8] .17 Hình Mơ hình phơi rung mũi khoan quay [9][45] 18 Hình 10 Mơ hình mũi khoan vừa rung vừa quay [66] 18 Hình 11 Cơ chế rung động siêu âm trợ giúp gia công [41][58] 19 Hình 12 Mơ hình liên kết nguyên tử 24 Hình 13 Hình dạng số mode truyền sóng 26 Hình 14 Mạch từ giảo tạo rung siêu âm 28 Hình 15 Ảnh hưởng từ trường biến đổi đến cấu trúc vật liệu mang từ tính để tạo rung động học .28 Hình 16 Hiệu ứng áp điện 29 Hình 17 Cơ cấu rung: (a) PZT dạng màng mỏng, (b) PZT dạng xếp chồng .30 Hình 18 Hệ thống siêu âm cơng suất [26][60] 32 Hình 19 Mơ hình rung động dọc trục vật liệu đồng nhất: (a) biên độ rung ứng suất; (b) ứng suất chuyển vị phân tố [27][61] 33 Hình 20 Hệ thống rung siêu âm .35 Hình 21 Cấu tạo chuyển đổi siêu âm kiểu Langevin [24][62] 36 Hình 22 Đầu khuếch đại biên độ: (a) dạng hàm mũ, (b) dạng catenoit, (c) cosine, (d) dạng nón, (e) dạng bậc [12][63] .39 Hình 23 Tỉ lệ khuếch đại biên độ khác loại horn [12][63]: (a) dạng hàm mũ, (b) dạng catenoit, (c) cosine, (d) dạng nón, (e) dạng bậc 40 Hình 24 Đầu khuếch đại biên độ (horn) dạng bậc 40 Hình 25 Mơ hình hóa chuyển đổi siêu âm mạch vòng Mason 43 Hình 26 Sơ đồ mạch vòng đo tổng trở .45 Hình 27 Phương pháp I - V 46 Hình 28 Sơ đồ mạch cầu tự cân đo tổng trở: (a) mạch đo kiểu đơn giản, (b) mạch đo sử dụng khuếch đại 46 Hình 29 Ngun lí đo rung động LDV [73][69] .47 Hình 30 Ngun lí đo rung động cảm biến sợi quang (hình ảnh từ trang web https://www.mtiinstruments.com/technology-principles/fiber-optic-sensors/) 48 Hình 31 Ngun lí đo rung động cảm biến dòng cảm ứng (hình ảnh từ trang web https://www.shinkawaelectric.com/en/column/20170807.html) .48 Hình 32 Phương án gá kẹp mũi khoan vào đầu khuếch đại biên độ: (a) sử dụng ống kẹp (collet) [43][53], (b) sử dụng ren vít cố định trực tiếp vào đầu khuếch đại biên độ [70] 49 Hình 33 Bộ chuyển đổi siêu âm YP-5020-4Z 52 Hình 34 Máy phát điện MPI WG3000 .52 Hình 35 Cấu tạo cấu rung siêu âm trợ giúp khoan: (1) Mâm cặp, (2) ống gá, (3) chuyển đổi siêu âm, (4) đầu khuếch đại biên độ, (5) bích kẹp, (6) vít trí, (7) collet kẹp mũi khoan, (8) mũi khoan, (9) nòng trục máy tiện, (10) chổi than-cổ góp 53 Hình 36 Thiết bị thực: (a) – chổi than cổ góp, (b) – cấu rung siêu âm trợ giúp khoan .54 Hình 37 Các kích thước đầu khuếch đại biên độ gắn collet mũi khoan 55 Hình 38 Mơ hình phân tích mơ đầu khuếch đại biên độ gắn collet mũi khoan 55 v Hình 39 Thiết bị sóng PicoScope 2204A 56 Hình 40 Biểu đồ Bode phân tích phần mềm FRA4PS 58 Hình 41 Dữ liệu xử lí phần mềm OriginLab 58 Hình 42 Phổ trở kháng chuyển đổi phân tích phần mềm Originlab 59 Hình 43 Thiết bị phân tích trở kháng HIOKI3532-50 LCR .60 Hình 44 Phổ trở kháng cấu rung phân tích thiết bị HIOKI3532-50 LCR 61 Hình 45 Xác định tần số cộng hưởng đầu rung máy phát MPI-WG3000 63 Hình 46 Đo biên độ rung sử dụng micrometer S M Hoseini J Akbari [62][79] 65 Hình 47 Đo biên độ rung sử dụng micrmeter W L Cong T Z.J.Pei [23] 65 Hình 48 Đo biên độ rung đồng hồ so (MИΓ) độ phân giải µm 66 Hình 49 Đo biên độ rung Panme .67 Hình 50 Sơ đồ bố trí thí nghiệm .68 Hình 51 Ảnh chụp phơi thí nghiệm 69 Hình 52 Mũi khoan thí nghiệm 70 Hình 53 Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc IRTP_300LS .70 Hình 54 Quan hệ điện áp cảm biến (V) với nhiệt độ đo phơi (0C) .71 Hình 55 Ảnh chụp Cảm biến lực ba thành phần KISTLER 9257BA 72 Hình 56.Q uan hệ điện áp cảm biến (V) lực dọc trục (N) 72 Hình 57 Cảm biến mô men PCB 2508-106-03A .73 Hình 58 Quan hệ điện áp cảm biến (V) mô men (Ncm) 73 Hình 59 Bộ khuếch đại tín hiệu KM02A 74 Hình 60 Bộ thu thập liệu NI PCI-6010 cổng kết nối NI-CB-37F-LP 75 Hình 61 Ảnh chụp hệ thống thí nghiệm 76 Hình 62 Các thông số lực momen lớn nhất, lực momen cắt 79 Hình 63 Biểu đồ so sánh mô men CD UAD: (a) mô men cắt, (b) mô men lớn 80 Hình 64 Biểu đồ so sánh lực dọc trục CD UAD: (a) lực dọc trục cắt, (b) lực dọc trục lớn 81 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Quĩ đạo rung dụng cụ cắt (DCC) siêu âm trợ giúp gia công [77][37] 14 Bảng Phân loại ứng dụng sóng âm dựa dải tần số 23 Bảng Vận tốc truyền âm số vật liệu kĩ thuật .24 Bảng Trở kháng âm số vật liệu kĩ thuật 27 Bảng Thông số rung chuyển đổi siêu âm sử dụng số công bố 51 Bảng Thông số chuyển đổi siêu âm 52 Bảng Thông số máy phát điện siêu âm 52 Bảng Bảng thông số kĩ thuật thiết bị sóng PicoScope 2204A 56 Bảng Thông số kĩ thuật máy HIOKI3532-50 LCR 60 Bảng 10 Tần số cộng hưởng cấu rung siêu âm trợ giúp khoan độ dài mũi khoan thay đổi 61 Bảng 11 Thông số máy tiện .69 Bảng 12 Thành phần hóa học Al6061 70 Bảng 13 Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt .70 Bảng 14 Thông số kĩ thuật cảm biến lực 72 Bảng 15 Thông số cảm biến mô men 73 Bảng 16 Thơng số khuếch đại tín hiệu 74 Bảng 17 Thông số kỹ thuật thu thập liệu 75 Bảng 18 Các mức giá trị thơng số thí nghiệm 76 Bảng 19 Ma trận thí nghiệm Taguchi L27 77 Bảng 20 Giá trị thơng số đầu thí nghiệm Taguchi L27 79 Bảng 21 Tỉ số S/N tiêu chuẩn hóa khoảng [0-1] .88 Bảng 22 Hệ số quan hệ xám .89 Bảng 23 Mức độ ảnh hưởng thông số gia công đến độ xám .90 vii THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung - Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm rung động trợ giúp gia cơng lỗ sâu - Mã số: ĐH2013-TN02-09 - Chủ nhiệm: Chu Ngọc Hùng - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐHTN - Thời gian thực hiện: 2013 - 2015 Mục tiêu Thiết kế, chế tạo cấu rung siêu âm trợ giúp khoan, đảm bảo nâng cao suất chất lượng lỗ khoan Tính sáng tạo - Nghiên cứu triển khai thành cơng bước tính tốn thiết kế chế tạo thành công hệ thống rung động siêu âm trợ giúp gia cơng khoan lỗ sâu có tỷ lệ chiều sâu đường kính 10 Hệ thống chưa thấy công bố nước - Thực nghiệm gia công khoan lỗ sâu hợp kim nhôm Al6061 Kết nghiên cứu công bố 06 báo khoa học quốc gia quốc tế, có 01 tạp chí thuộc danh mục Scopus Kết nghiên cứu - Hệ thống hóa, thực nghiệm triển khai cách thức tính tốn, chế tạo lắp ráp thành công hệ thống rung động siêu âm trợ giúp giúp gia cơng khoan lỗ sâu; - Thiết bị thí nghiệm sử dụng triển khai thí nghiệm cho 06 báo khoa học nước quốc tế, Hội đồng Chức danh Giáo sư Nhà nước công nhận Sản phẩm: 5.1 Sản phẩm khoa học Công bố 06 báo khoa học, có 04 báo quốc gia, 01 báo danh mục Scopus 01 báo quốc tế có số ISSN Cụ thể là: viii - Van-Du Nguyen, Ngoc-Hung Chu (2018), “A study on the reduction of chip evacuation torque in ultrasonic assisted drilling of small and deep holes”, International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET), 9(6), pp 899–908, ISSN: 0976-6340; - Quoc-Huy Ngo, Ngoc-Hung Chu, Van-Du Nguyen (2018), "A Study on Design of Vibratory Apparatus and Experimental Validation on Hard Boring With Ultrasonic-Assisted Cutting", International Journal of Advanced Engineering Research and Applications (IJA-ERA), 3(10), pp 283-296, ISSN: 2454-2377; - Nguyễn Văn Dự, Chu Ngọc Hùng (2015), "Giải pháp khoan lỗ sâu hợp kim nhơm có trợ giúp rung động tần số thấp", Tạp chí Cơ khí Việt Nam, 6, tr 14-17; - Chu Ngọc Hùng, Nguyễn Văn Dự, Nguyễn Thị Thảo (2016), "Một số kết thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng tích cực gia cơng khoan lỗ sâu tích hợp rung", Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Thái Nguyên, 154 (09), tr 9-13; - Ngô Quốc Huy, Nguyễn Văn Dự, Chu Ngọc Hùng, Hồ Ký Thanh (2016), "Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng kích thước đầu rung siêu âm cơng suất lớn đến tần số cộng hưởng rung động", Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Thái Nguyên, 154 (09), tr 19-23; - Chu Ngọc Hùng, Ngô Quốc Huy, Nguyễn Văn Dự (2017), "Đánh giá hiệu ứng giảm ma sát trượt thép gió nhơm bổ sung rung động siêu âm", Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ Đại học Thái Nguyên, 176(16), tr 3136 5.2 Sản phẩm đào tạo Kết đề tài trực tiếp phục vụ nội dung nghiên cứu Chủ nhiệm đề tài q trình làm nghiên cứu sinh, nội dung 02 chuyên đề NCS - Chu Ngọc Hùng (2014), Chế tạo cấu rung siêu âm trợ giúp khoan, Chuyên đề Tiến sĩ, Trường Đại học kĩ thuật công nghiệp 88 x k    i max xi0  k   xi0  k  max xi0  k   xi0  k  Nếu giá trị mục tiêu liệu gốc “giá trị tiêu chuẩn tốt nhất:” liệu ban đầu chuẩn hóa theo cơng thức: x k    i  xi0  k   OB  max max xi0  k   OB;OB  xi0  k  Trong đó: OB giá trị tiêu chuẩn Trong nghiên cứu tỷ số S/N kết đầu (TCUT, TMAX, FCUT, FMAX) tính cho trường hợp nhỏ tốt Kết tỷ số S/N mô tả bảng 21 Bảng 21 Tỉ số S/N tiêu chuẩn hóa khoảng [0-1] TN 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Tỉ số S/N tiêu TCUT TMAX FCUT FMAX -21.649 -40.587 -41.317 -44.760 -21.138 -36.421 -37.388 -44.301 -19.360 -30.962 -36.825 -43.285 -23.968 -43.126 -43.087 -46.197 -22.910 -34.190 -40.379 -43.802 -21.784 -30.634 -38.396 -43.650 -27.074 -41.242 -45.524 -48.612 -26.184 -35.306 -41.042 -44.087 -25.414 -34.396 -40.088 -43.329 -21.244 -40.664 -42.545 -45.298 -15.707 -31.025 -39.274 -43.744 -16.258 -31.203 -36.935 -42.227 -21.910 -41.035 -45.372 -48.645 -19.453 -36.393 -38.573 -44.044 -20.424 -32.520 -37.694 -44.158 -23.677 -41.318 -45.650 -48.567 -20.449 -35.201 -40.520 -46.663 -22.479 -28.891 -41.354 -44.668 -22.405 -42.092 -42.368 -49.148 -19.143 -39.965 -38.504 -43.746 -17.385 -38.177 -37.015 -44.286 -22.829 -42.272 -43.442 -45.840 -21.713 -35.407 -38.069 -44.544 -20.612 -32.619 -37.447 -43.343 TCUT 0.477 0.522 0.679 0.273 0.366 0.465 0.000 0.078 0.146 0.513 1.000 0.951 0.454 0.670 0.585 0.299 0.583 0.404 0.411 0.698 0.852 0.373 0.472 0.568 Chuẩn hóa TMAX FCUT 0.178 0.556 0.471 0.944 0.854 1.000 0.000 0.381 0.628 0.649 0.878 0.845 0.132 0.141 0.549 0.583 0.613 0.678 0.173 0.435 0.850 0.758 0.838 0.989 0.147 0.156 0.473 0.827 0.745 0.914 0.127 0.128 0.557 0.635 1.000 0.553 0.073 0.452 0.222 0.834 0.348 0.981 0.060 0.346 0.542 0.877 0.738 0.939 FMAX 0.647 0.711 0.852 0.446 0.780 0.801 0.109 0.741 0.846 0.572 0.788 1.000 0.105 0.746 0.731 0.115 0.381 0.659 0.034 0.788 0.713 0.496 0.677 0.844 89 25 26 27 -25.381 -22.332 -22.014 -41.634 -36.360 -35.252 -46.946 -41.335 -41.356 -49.394 -47.574 -45.891 0.149 0.417 0.445 0.105 0.475 0.553 0.000 0.554 0.552 0.000 0.254 0.489 Xác định hệ số quan hệ xám (Grey Relational Coefficient - GRC): hệ số quan hệ xám thể khoảng cách giá trị chuẩn xét giá trị lí tưởng (kết tốt nhất) Hệ số quan hệ xám tính theo cơng thức:  ,i  k        max  ,i  k      max   ,i  k   với (3.4) Trong đó: 0,i  k  : độ sai lệch dãy tham chiếu x0  k  với dãy xi  k  0 ,i  k   x0  k   xi  k  min  min.min 0 ,i  k  max  max.max 0 ,i  k   : hệ số phân biệt,   0,1 , nghiên cứu thực nghiệm thường chọn  =0.5 Xác định cấp quan hệ xám: Cấp quan hệ xám (độ xám – Grey Relation Grate) trọng số tổng hệ số quan hệ xám xác định theo công thức: n 0.i   Wk   ,i  k  (3.5) k 1 Với Wk trọng số đặc trưng thứ k n  Wk  k 1 Việc lựa chọn Wk phụ thuộc vào mức độ quan tâm đặc trưng tốn tối ưu cụ thể Thơng thường trị số chọn Wk = 0.25 Kết tính tốn thống kê bảng 22 bảng 23 Bảng 22 Hệ số quan hệ xám Thứ tự thí nghiệm Hệ số quan hệ xám TCUT 0.489 0.511 0.609 0.408 0.441 0.483 TMAX 0.378 0.486 0.775 0.333 0.573 0.803  0,i  k  FCUT 0.530 0.900 1.000 0.447 0.587 0.763 Độ xám FMAX 0.586 0.633 0.772 0.474 0.695 0.716 Xếp hạng   0,i  k  0.496 0.633 0.789 0.416 0.574 0.691 18 22 14 90 Thứ tự thí nghiệm 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Hệ số quan hệ xám TCUT 0.333 0.352 0.369 0.507 1.000 0.912 0.478 0.603 0.546 0.416 0.545 0.456 0.459 0.623 0.772 0.444 0.486 0.537 0.370 0.462 0.474 TMAX 0.366 0.526 0.564 0.377 0.769 0.755 0.370 0.487 0.662 0.364 0.530 1.000 0.350 0.391 0.434 0.347 0.522 0.656 0.358 0.488 0.528  0,i  k  FCUT 0.368 0.545 0.608 0.469 0.674 0.979 0.372 0.743 0.853 0.364 0.578 0.528 0.477 0.751 0.964 0.433 0.803 0.891 0.333 0.529 0.528 Độ xám FMAX 0.359 0.658 0.765 0.539 0.703 1.000 0.358 0.664 0.650 0.361 0.447 0.595 0.341 0.702 0.635 0.498 0.607 0.762 0.333 0.401 0.494 Xếp hạng   0,i  k  0.357 0.520 0.576 0.473 0.786 0.911 0.394 0.624 0.678 0.377 0.525 0.645 0.407 0.617 0.701 0.431 0.605 0.712 0.349 0.470 0.506 26 16 13 19 24 10 25 15 23 11 21 12 27 20 17 Bảng 23 Mức độ ảnh hưởng thông số gia công đến độ xám Mức Thông số Tốc độ cắt Lượng tiến dao Biên độ 0.5613 0.6459* 0.4109 0.6015* 0.5694 0.5949 0.5329 0.4805 0.6899* Delta 0.0685 0.1654 0.2791 Thứ tự ảnh hưởng Độ xám trung bình: 0.565 Tối ưu hóa phương pháp Taguchi dựa cấp quan hệ xám: trị số tối ưu cấp quan hệ xám số kết đầu thông số ảnh hưởng mạnh sử dụng để tính tốn Cấp quan hệ xám tối ưu (OP ) xác định theo công thức: 91 q OP  m   i  m  (3.5) i 1 Trong đó: m : giá trị trungn bình cấp quan hệ xám i : giá trị trung bình cấp quan hệ xám trạng thái tối ưu q : số lượng thông số ảnh hưởng mạnh đến kết đầu Kết tính theo (3.5) thu được:  OP = 0.565 + (0.6899 - 0.565) + (0.6459 - 0.565) + (0.6015 – 0.565) = 0.8073 3.5 Kết luận chương Chương trình bày kế hoạch kết thí nghiệm triển khai nhằm kiểm chứng hiệu việc bổ sung rung động trợ giúp khoan lỗ sâu hợp kim nhơm Kết cho thấy, khoan có rung động trợ giúp làm giảm lực momen đáng kể so với khoan truyền thống Bộ tạo rung thiết kế, chế tạo hoạt động đáp ứng yêu cầu đặt ra: phù hợp điều kiện nước, bổ sung rung động hữu ích cải thiện q trình khoan lỗ sâu Hệ thống thí nghiệm sử dụng để thu thập liệu cho công bố quốc tế (ISI Scopus), nhà khoa học phản biện quốc tế đánh giá cao 92 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Đề tài hoàn thành mục tiêu đề ra, cụ thể là: Đề tài tổng quan nhiều nghiên cứu lĩnh vực siêu âm trợ giúp khoan khoảng năm trở lại giới Từ nghiên cứu tổng quan, nhiều ưu điểm siêu âm trợ giúp khoan khẳng định công bố nhiều loại vật liệu khác Tuy nhiên, đề tài nhiều vấn đề tồn khó khăn áp dụng cơng nghệ chẳng hạn như: tương thích thơng số rung cấu rung với thông số gia công, cách thiết lập cấu rung cho gia cơng cắt gọt v.v; Hiện thực hóa cơng nghệ siêu âm trợ giúp gia công, đề tài có tính lĩnh vực siêu âm trợ giúp gia công cắt gọt nước; Đã chế tạo thành công 01 cấu rung – quay siêu âm trợ giúp khoan gá đặt máy tiện với chi phí giảm khoảng % so với đầu rung siêu âm trợ giúp khoan thương mại nước sản suất; Đề tài đưa 01 giải pháp đo-kiểm tra tần số cộng hưởng cấu rung siêu âm trợ giúp khoan với mức giảm chi phí khoảng 10 lần, sai số phép đo so với thiết bị thương mại nước sản suất khoảng 1% đến 2%; Kết thực nghiệm đánh giá khả làm việc cấu rung tiến hành khoan lỗ sâu, đường kính nhỏ hợp kim nhôm Al6061 điều kiện khoan không tưới nguội cho thấy, khả khoan cải thiện đáng kể Theo đó, lực dọc trục giảm khoảng %, mô men giảm khoảng % so với phương pháp khoan thơng thường; Theo nhận định nhóm nghiên cứu, đề tài ứng dụng siêu âm trợ giúp gia công triển khai lần đầu nước, nội dung thực có ý nghĩa sở tham khảo để tiếp tục trì phát triển cho nghiên cứu 4.2 Kiến nghị 93 Từ nghiên cứu tổng quan cho thấy, thời điểm (2018) nhiều công bố lĩnh vực siêu âm trợ giúp gia công công bố tạp chí có uy tín Điều cho thấy, lĩnh vực nhiều tồn cần nghiên cứu để hồn thiện cơng nghệ Do đó, nhóm nghiên cứu đề xuất số định hướng tiếp tục phát triển đề tài sau: Tiếp tục đầu tư thiết bị đo nhằm đánh giá hiệu chỉnh cấu rung; Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện chế tạo cấu rung siêu âm trợ giúp gia cơng có kích thước nhỏ gọn, có khả tích hợp nhiều máy cơng cụ khác nhau; Nghiên cứu, áp dụng công nghệ siêu âm trợ giúp khoan lỗ nhỏ (Micro drilling) loại vật liệu vật liệu đặc biệt ứng dụng hàng không y tế v.v; Nghiên cứu, áp dụng công nghệ siêu âm trợ giúp gia công lỗ sâu cho trường hợp đường kính lỗ khoan lớn 10mm, tỉ số độ sâu lỗ đường kính L/D > 20 lần 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Lê Quang Tiến Dũng (2014), Nghiên cứu chế tạo thiết bị siêu âm công suất để tổng hợp vật liệu TiO2 cấu trúc nanô, Luận án tiến sĩ vật lí, Đại học Huế Tài liệu tiếng Anh Alam K, Mitrofanov A.V, Silberschmidt V.V (2011), "Experimental investigations of forces and torque in conventional and ultrasonicallyassisted drilling of cortical bone", Med Eng Phys, 33(2), pp 234-9 Muddu Allaparthi, Mohammed Rajik Khan, Syam Narayana Addepalli (2017), "FE Modal and Harmonic Analysis of Micro Drill with Ultrasonic Horn", Materials Design and Applications, 65, pp 281-293 Amini S, Paktinat H, Barani A, Fadaei Tehran A (2013), "Vibration Drilling of Al2024-T6", Materials and Manufacturing Processes, 28(4), pp 476-480 Amini S, Fadaei Tehrani A, Barani A, Paktinat H (2012), "Vibration Drilling Process on Al2024", Advanced Materials Research, 445, pp 79-83 Carlo Rüger, Andrea Stoll, Katja Busch, Thomas Mäder, Burkhard Kranz (2017), "High-performance machining of fiber-reinforced materials with hybrid ultrasonic-assisted cutting", Technologies for Lightweight Structures, 1(2), pp 79–88 ZVEI-Geman Electrical Manufactures Association (2006) Ultrasonic assembly of thermoplastic mouldings and semi-finished products: Recommendations on methods, construction and applications, Frankfurt am Main Azarhoushang B, Akbari J (2007), "Ultrasonic-assisted drilling of Inconel 738-LC", International Journal of Machine Tools and Manufacture, 47(7-8), pp 1027-1033 Vakili Azghandi B, Kadivar M.A, Razfar M.R (2016), "An Experimental Study on Cutting Forces in Ultrasonic Assisted Drilling", Procedia CIRP, 46, pp 563-566 95 10 Babitsky V.I, Astashev V.K, Meadows A (2007), "Vibration excitation and energy transfer during ultrasonically assisted drilling", Journal of Sound and Vibration, 308(3-5), pp 805-814 11 Babitsky V.I, Kalashnikov A.N, Molodtsov F.V (2004), "Autoresonant control of ultrasonically assisted cutting", Mechatronics, 14(1), pp 91-114 12 Babitsky V.I, Astashev V.K (2007), Ultrasonic Processes And Machines: Dynamics, Control and Applications, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, pp.79 13 Babitsky V.I, Astashev V.K (2007), Ultrasonic Processes and Machines_ Dynamics, Control and Applications, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, pp.296 14 Baghlania V, Mehbudia P, Akbari J, Sohrabic M (2013), "Ultrasonic Assisted Deep Drilling of Inconel 738LC Superalloy", Procedia CIRP, 6, pp 571-576 15 Baghlani V, Mehbudi P, Akbari J, Erfan Zal Nezhad, Ahmed A D, Sarhan, Hamouda A.M.S (2015), "An optimization technique on ultrasonic and cutting parameters for drilling and deep drilling of nickel-based high-strength Inconel 738LC superalloy with deeper and higher hole quality", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 82(5-8), pp 877-888 16 Barani A, Amini S, Paktinat H, Fadaei Tehrani A (2014), "Built-up edge investigation in vibration drilling of Al2024-T6", Ultrasonics, 54(5), pp 1300-1310 17 Biermann D, Iovkov I, Blum H, Rademacher A, Taebi K, Suttmeier F.T, Klein N (2012), "Thermal Aspects in Deep Hole Drilling of Aluminium Cast Alloy Using Twist Drills and MQL", Procedia CIRP, 3, pp 245-250 18 Brehl D.E, Dow T.A (2008), "Review of vibration-assisted machining", Precision Engineering, 32(3), pp 153-172 96 19 Andrea Cardoni, Margaret Lucas, Matthew Cartmell, Fannon Lim (2004), "A novel multiple blade ultrasonic cutting device", Ultrasonics, 42(1-9), pp 6974 20 Simon S.F.Chang, Gary M.Bone (2005), "Burr size reduction in drilling by ultrasonic assistance", Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 21(4-5), pp 442-450 21 Simon S.F.Chang, Gary M.Bone (2010), "Burr height model for vibration assisted drilling of aluminum 6061-T6", Precision Engineering, 34(3), pp 369-375 22 Nikhil Churi (2002), Rotary ultrasonic machining of hard-to-machine materials, Thesis, B S., University of Mumbai, India 23 Cong W.L, Pei Z.J, Mohanty N, Van E Vleet, "Vibration Amplitude in Rotary Ultrasonic Treadwell C (2011), Machining: A Novel Measurement Method and Effects of Process Variables", Journal of Manufacturing Science and Engineering, 133, pp.1-5 24 Le Quang Tien Dung (2014), Investigation and manufacture of power ultrasonic device for synthesis of nano TiO2, Doctoral Thesis, Hue University of Sciences – Hue University 25 Durval U.Braga, Anselmo E Diniz, Gilberto W.A Miranda, Nivaldo L.Coppini (2002), "Using a minimum quantity of lubricant (MQL) and a diamond coated tool in the drilling of aluminum–silicon alloys", Journal of Materials Processing Technology, 122, pp 127–138 26 Gallego-Juárez J A, Graff K F (2015), "Introduction to power ultrasonics", Power Ultrasonics, Woodhead Publishing, Oxford, pp 1-6 27 Graff K F (2015), ''Power ultrasonic transducers: principles and design'', Woodhead Publishing, pp 127-158 28 Gupta V, Pandey PM, Gupta RK, Mridha AR (2017), "Rotary ultrasonic drilling on bone: A novel technique to put an end to thermal injury to bone", Proc Inst Mech Eng H, 231(3), pp 189-196 97 29 Keisuke Hara, Hiromi Isobe (2015), "Improvement of Drill Life for Nickel Super Alloy by Ultrasonic Vibration Machining with Minimum Quantity Lubrication", Key Engineering Materials, 625, pp 581-586 30 Havim J P, Sreejith P.S, Gomes R, Peixoto C(2006), "Experimental studies on drilling of aluminium (AA1050) under dry, minimum quantity of lubricant, and flood-lubricated conditions", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 220(10), pp 1605-1611 31 Kadivar M.A, Akbari J, Yousefi R, Rahi A, Ghahramani Nick M (2014), "Investigating the effects of vibration method on ultrasonic-assisted drilling of Al/SiCp metal matrix composites", Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 30(3), pp 344-350 32 Mohammad Ali Kadivar, Reza Yousefi (2011), "Burr Size Reduction in Drilling of Al/SiC Metal Matrix Composite by Ultrasonic Assistance", Advanced Materials Research, 410, pp 279-282 33 Kishawy H.A, Dumitrescu M, E.-G.Ng, Elbestawi M.A (2005), "Effect of coolant strategy on tool performance, chip morphology and surface quality during high-speed machining of A356 aluminum alloy", International Journal of Machine Tools and Manufacture, 45(2), pp 219-227 34 Klocke F, Eisenblätter G (1997), "Dry Cutting", CIRP Annals, 46(2), pp 519-526 35 Maroju Naresh Kumar, Kanmani Subbu S, Vamsi Krishna P, Venugopal A (2014), "Vibration Assisted Conventional and Advanced Machining: A Review", Procedia Engineering, 97, pp 1577-1586 36 Wang L-J, Wang L-P, He Y-H, Yang Z-J (1998), "Prediction and computer simulation of dynamic thrust and torque in vibration drilling", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 212, pp 489-497 37 Lacalle L.D, Norberto L (2008), "Ultrasonic assisted machining", SciTopics 98 38 Li S.S, Wu Y.B, Nomura M (2016), "Fundamental Investigation of Ultrasonic Assisted Surface Grinding of Inconel 718", Advanced Materials Research, 1136, pp 365-370 39 Li X, Meadows A, Babitsky V, Parkin R (2015), "Experimental analysis on autoresonant control of ultrasonically assisted drilling", Mechatronics, 29, pp 57-66 40 Xiao Feng Li, Zhigang Dong, Renke Kang, Yidan Wang, Jinting Liu and Yuan Zhang (2016), "Comparison of Thrust Force in Ultrasonic Assisted Drilling and Conventional Drilling of Aluminum Alloy", Materials Science Forum, 861, pp 38-43 41 Xuan Li (2014), Modelling and autoresonant control design of ultrasonically assisted drilling applications, Doctoral Thesis, Loughborough University 42 Macic D.D, Radmanovic M.D (2004), Designing and Modelling of the Power Ultrasonic Transducers, MPI, Switzerland 43 Farrukh Makhdum, Luke T Jennings, Anish Roy and Vadim V Silberschmidt (2012), "Cutting forces in ultrasonically assisted drilling of carbon fibrereinforced plastics", Journal of Physics: Conference Series 382, pp 1-6 44 Farrukh Phadnis Makhdum, Vaibhav A Roy, Anish Silberschmidt, Vadim V (2014), "Effect of ultrasonically-assisted drilling on carbon-fibre-reinforced plastics", Journal of Sound and Vibration, 333(23), pp 5939-5952 45 Gheorghe Amza, Andreea Deaconescu, Tudor Deaconescu, Niculae Ion Marinescu (2004), Prelucrarea prin eroziune cu unde ultrasonice, Editura BREN, Bucharest 46 Mehdi Cherif, Mathieu Ladonne, Yann Landon, Jean-Yves K’Nevez, Olivier Cahuc, Côme de Castelbajac (2015), "Modelling the vibration-assisted drilling process: identification of influential phenomena", Int J Adv Manuf Technol, 81(9-12), pp.1657-1666 47 Agostino Maurotto, Riaz Muhammad, Anish Roy, Vadim V.Silberschmidt (2013), "Enhanced ultrasonically assisted turning of a beta-titanium alloy", Ultrasonics, 53(7), pp 1242-50 99 48 Mehbudi P, Baghlani V, Akbari J Bushroa A.R, Mardi N.A (2013), "Applying Ultrasonic Vibration to Decrease Drilling-Induced Delamination in GFRP Laminates", Procedia CIRP, 6, pp 577-582 49 Milewski A, Kluk P (2015), "Piezoceramic Transducers Selection Method for High Power Ultrasonic Devices", Acta physica polonica a, 127, pp.719722 50 Moghaddas M.A, Short M.A, Wiley N.R, Yi A.Y, Graff K.F (2018), "Improving Productivity in an Ultrasonic-Assisted Drilling Vertical Machining Center", Journal of Manufacturing Science and Engineering, 140(6), pp.1-30 51 Osamu Ohnishi Muhammad Aziz, Hiromichi Onikura (2012), "Novel micro deep drilling using micro long flat drill with ultrasonic vibration", Precision Engineering, 36, pp 168-174 52 Riaz Muhammad, Naseer Ahmed, Anish Roy, Vadim V Silberschmidt (2012), "Numerical Modelling of Vibration-Assisted Turning of Ti-15333", Procedia CIRP, 1, pp 347-352 53 Chandra nath (2008), A study on ultrasonic vibration cutting of difficult-tocut materials, A thesis doctor of philosophy, Department of Mechanical engineering_ National university of Singapore 54 Nee A.Y.C (2015), Handbook of Manufacturing Engineering and Technology, Springer-Verlag 55 Neugebauer R, Andrea Stoll (2004), "Ultrasonic application in drilling", Journal of Materials Processing Technology, 149(1-3), pp 633-639 56 Hiromichi Onikura and Osamu Ohnishi (1998), "Drilling Mechanisms in Ultrasonic-Vibration Assisted Microdrilling", Precision Engineering Society Journal, 64(11), pp 1633-1637 57 Chhabra P.N, Ackroyd B, Compton W.D, Chandrasekar S (2002), "Lowfrequency modulation-assisted drilling using linear drives", IMechE Part B: J Engineering Manufacture, 216, pp 321-330 100 58 Oliver Pecat, Ingo Meyer (2013), "Low Frequency Vibration Assisted Drilling of Aluminium Alloys", Advanced Materials Research, 769, pp 131138 59 Pujana J, Rivero A, Celaya A, López de Lacalle L.N (2009), "Analysis of ultrasonic-assisted drilling of Ti6Al4V", International Journal of Machine Tools and Manufacture, 49(6), pp 500-508 60 Dingguo Xiao Qinxue Pan, Mingkai Deng, Huiling Ren, Yao Xu, Chunguang Xu (2013), "A Voltage-Current Method of Measuring Ultrasonic Transducer Impedance", IEEE, pp.125-128 61 Rivero A, Aramendi G, Herranz S, Lospez de Lacalle L.N (2005), "An experimental investigation of the effect of coatings and cutting parameters on the dry drilling performance of aluminium alloys", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 28(1-2), pp 1-11 62 Ilie Romaniuc (2007), "Development of a Magnetostrictive Vibromotor", Advances in Production, Automation and Transportation Systems, pp 184187 63 Shoseini, Akbari J (2013), "Drilling of Engineering Ceramics using Combination of Ultrasonic Vibrations and Diamond Slurry", Int J Advanced Design and Manufacturing Technology, 6(2), pp 29-35 64 Sadek A, Attia M.H, Meshreki M, Shi B (2013), "Characterization and optimization of vibration-assisted drilling of fibre reinforced epoxy laminates", CIRP Annals - Manufacturing Technology, 62(1), pp 91-94 65 Alejandro Arriola Sanda, Iban Garcia Navas, Virginia Bengoetxea, Ion Gonzalo, Oscar (2016), "Ultrasonically assisted drilling of carbon fibre reinforced plastics and Ti6Al4V", Journal of Manufacturing Processes, 22, pp 169-176 66 Seah K H W, Wong Y S, Lee L C (1993), "Design of tool holders for ultrasonic machining using FEM", Journal of Materials Processing Technology, 37(1), pp 801-816 101 67 Shakouri E, Sadeghi MH, Karafi MR, Maerefat M, Farzin M (2015), "An in vitro study of thermal necrosis in ultrasonic-assisted drilling of bone", Proc Inst Mech Eng H, 229(2), pp 137-49 68 Xue-Hui Shen, Jianhua Zhang, Dongliang Xing Xing, Yunfeng Zhao (2011), "A study of surface roughness variation in ultrasonic vibrationassisted milling", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 58(5-8), pp 553-561 69 Ravi Pratap Singh, Sandeep Singhal (2016), "Rotary Ultrasonic Machining: A Review", Materials and Manufacturing Processes, 31(14), pp 1795-1824 70 Wen Qing Song, Yong Bo Wu, Jian Guo Cao, Jing Ti Niu (2013), "A Study on Ultrasonic Assisted Grinding of Nickel-Based Superalloys", Advanced Materials Research, 797, pp 356-361 71 Thomas P.N.H, Babitsky V.I (2007), "Experiments and simulations on ultrasonically assisted drilling", Journal of Sound and Vibration, 308(3-5), pp 815-830 72 Ubartas M, Ostaševičius V, Samper S, Jūrėnas V, Daukševičius D (2011), "Experimental Investigation of Vibrational Drilling", Mechanika, 17(4), pp.368-373 73 Uhlmann E, Domingos D.C (2013), "Investigations on Vibration-Assisted EDM-Machining of Seal Slots in High-Temperature Resistant Materials for Turbine Components", Procedia CIRP, 6, pp.71-76 74 Venkatesh K.P and Pratap R (2009), "Capturing higher modes of vibration of micromachined resonators", Journal of Physics: Conference Series 181, pp.1-8 75 Pulak M, Pandey Vishal Gupta (2016), "Experimental investigation and statistical modeling of temperature rise in rotary ultrasonic bone drilling", Medical Engineering and Physics, pp 1-9 76 Voronina S, Babitsky V.I, Meadows A (2008), "Modelling of autoresonant control of ultrasonic transducer for machining applications", Proceedings of 102 the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 222(10), pp 1957-1974 77 Hui Wang, Fuda Ning, Yingbin Hu, PKSC Fernando, ZJ Pei, Weilong Cong (2016), "Surface grinding of carbon fiber–reinforced plastic composites using rotary ultrasonic machining: Effects of tool variables", Advances in Mechanical Engineering, 8(9), pp.1-14 78 Liang-Chi Zhang, Wei-Xing Xu (2015), "Ultrasonic vibration-assisted machining principle, design and application", Adv Manuf, 3, pp 173-192 79 Chen Y.C, Liao Y.S, Lin H.M (2007), "Feasibility study of the ultrasonic vibration assisted drilling of Inconel superalloy", International Journal of Machine Tools & Manufacture, 47, pp 1988-1996 80 Zhang Z, Babitsky V.I (2011), "Finite element modeling of a micro-drill and experiments on high speed ultrasonically assisted micro-drilling", Journal of Sound and Vibration, 330(10), pp 2124-2137