Nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép chảy các chi tiết micro kết hợp với nguồn năng lượng siêu âm

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành kỹ thuật khí BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Đình Hƣng NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ÉP CHẢY CÁC CHI TIẾT MICRO KẾT HỢP VỚI NGUỒN NĂNG LƢỢNG SIÊU ÂM Chuyên ngành : Kỹ thuật khí LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC T.S Lê Trung Kiên Hà Nội -2018 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành kỹ thuật khí Mục lục LỜI NĨI ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT SIÊU NHỎ VÀ CÔNG NGHỆ SIÊU ÂM 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.2 Tổng quan chi tiết siêu nhỏ 1.3 Tổng quan cơng nghệ tạo hình chi tiết siêu nhỏ 1.3.1 1.3.1.1 Khái niệm phân loại 1.3.1.2 Dập khối khuôn hở .5 1.3.1.3 Dập khối khuôn kín 1.3.1.4 Ép chảy .9 1.3.2 1.4 Cơng nghệ tạo hình sản phẩm dạng khối Cơng nghệ tạo hình sản phẩm dạng 10 1.3.2.1 Khái niệm phân loại 10 1.3.2.2 Công nghệ cán tạo hình bề mặt 11 1.3.2.3 Cắt hình đột lỗ .13 1.3.2.4 Uốn 15 1.3.2.5 Dập vuốt 16 Tổng quan thiết bị gia công chi tiết siêu nhỏ 18 1.4.1 Đặc điểm thiết bị siêu nhỏ 18 1.4.2 Một vài thiết bị điển hình 18 1.5 Tổng quan công nghệ siêu âm 21 1.5.1 Khái niệm siêu âm 21 1.5.2 Phân loại sóng siêu âm 22 1.5.3 Các thông số siêu âm 23 1.5.3.1 Phƣơng trình truyền sóng siêu âm siêu âm 23 1.5.3.2 Tốc độ âm chất rắn 24 1.5.3.3 Áp lực âm (P) 24 1.5.3.4 Năng lƣợng âm (E) 25 1.5.3.5 Cƣờng độ âm (I) 25 1.5.4 Tính chất siêu âm 25 1.5.5 Cấu tạo siêu âm 27 1.5.5.1 Bộ nguồn 27 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1.6 Chuyên ngành kỹ thuật khí 1.5.5.2 Bộ chuyển đổi 28 1.5.5.3 Bộ khuếch đại Bosster 29 So sánh thiết bị tạo hình chi tiết siêu nhỏ thiết bị tạo hình chi tiết thơng thƣờng30 1.6.1 Kích thƣớc 30 1.6.2 Lực tác dụng 30 1.6.3 Cấu tạo thiết bị 31 1.7 Ứng dụng siêu âm gia công chi tiết siêu nhỏ 31 1.7.1 Ép chảy 31 1.7.2 Dập vuốt 32 1.8 Các yếu tố ảnh hƣởng tới trình tạo hình chi tiết Micro 34 1.8.1 Kích thƣớc hạt 34 1.8.2 Ảnh hƣởng ma sát 36 1.8.3 ảnh hƣởng tốc độ 37 CHƢƠNG II: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ 40 2.1 Thông số kỹ thuật 40 - Chi tiết cần gia công 40 2.2 Sơ đồ động nguyên lý tạo hình chi tiết 42 2.3 Sơ đồ máy cụm chi tiết 43 2.3.1 Sơ đồ máy 43 2.3.2 Các cụm chi tiết 44 2.4 2.3.2.1 Bàn máy 44 2.3.2.2 Cụm vít me – đai ốc .46 2.3.2.3 Cơ cấu chấp hành 47 2.3.2.4 Cụm mang đầu chuyển đổi Tranducer .48 Tính tốn lựa chọn cụm chi tiết 49 2.4.1 Máy ép nén khí 49 2.4.2 Nguồn phát sóng siêu âm 50 2.4.3 Xilanh- Piston khí nén 50 2.4.4 Động 51 2.4.5 Bộ chuyển đổi Tranducer 54 2.4.6 Van điện từ 55 2.4.7 Van điều áp 56 Kết luận 57 CHƢƠNG III: CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH 58 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành kỹ thuật khí 3.1 Thiết bị ép chảy có tích hợp siêu âm 58 3.2 Cụm đế máy 59 3.2.1 Bàn ép 60 3.2.2 Ổ đỡ trục 61 3.2.3 Trục 62 3.3 Cụm thân máy 63 3.3.1 Bản vẽ thiết kế 63 3.3.2 Hình ảnh chế tạo chi tiết thực tế 67 3.4 Cụm mang chuyển đổi Tranducer 69 3.4.1 Bản vẽ thiết kế 69 3.4.2 Hình ảnh chi tiết thực tế 73 3.5 Quy trình lắp ráp phần khí 75 Kết luận 81 Tài liệu tham khảo 83 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành kỹ thuật khí LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan, vấn đề trình bày luận văn nghiên cứu riêng cá nhân tơi, có tham khảo số tài liệu báo tác giả nước xuất Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm có sử dụng kết người khác Tác giả Trần Đình Hƣng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành kỹ thuật khí LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn tốt nghiệp này, nỗ lực thân tác giả, phải kể đến giúp đỡ tận tình thầy cơ, bạn bè gia đình Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Lê Trung Kiên, người giúp đỡ tơi nhiều q trình thực luận văn Xin cảm ơn thầy cô thuộc môn Gia Cơng Áp Lực - Viện Cơ khí - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội có góp ý quý báu nội dung đề tài Đồng thời, xin gửi tới bạn bè, đồng nghiệp trao đổi giúp tháo gỡ nhiều vướng mắc trình thực Cuối tơi xin gửi tới gia đình người thân, người bên cạnh tôi, chỗ dựa tinh thần giúp tơi vượt qua khó khăn thời gian qua Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành kỹ thuật khí Danh mục hình ảnh Hình 1.1: Một vài sản phẩm công nghệ micro forming [10] Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý dập thể tích khn hở Hình 1.3: Mặt phân khn với vài chi tiết đơn giản .6 Hình 1.4: Hình: cấu tạo rãnh biên Hình 1.5: Các loại rãnh biên Hình 1.6: Một số sản phẩm dập khối khuôn hở Hình 1.7: Sơ đồ ngun lý q trình dập thể tích khn kín Hình 1.8: Một số sản phẩm dập khối khn kín Hình 1.9: (a) Nguyên lý ép chảy xuôi; (b) Nguyên lý ép chảy ngược Hình 1.10: Một vài hình ảnh khn ép chảy 10 Hình 1.11: Một vài sản phẩm cơng nghệ ép chảy 10 Hình 1.12: Nguyên lý tạo hình bề mặt 12 Hình 1.13: Các loại khuôn cán với hoa văn khác 12 Hình 1.14: Thiết bị cán 13 Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý cắt đột khuôn 13 Hình 1.16: Sơ đồ nguyên lý cắt máy cắt dao thẳng 14 Hình 1.17: Khuôn cắt đột sản phẩm 14 Hình 1.18: Sơ đồ nguyên lý nguyên công uốn 15 Hình 1.19: Ứng dụng thực tế 15 Hình 1.20: Sản phẩm cơng nghệ uốn 16 Hình 1.21: Sơ đồ nguyên lý dập vuốt chi tiết tròn xoay 17 Hình 1.22: Một vài sản phẩm công nghệ dập vuốt 17 Hình 1.23: Máy tiện chi tiết siêu nhỏ 18 Hình 1.24: Máy phay chi tiết siêu nhỏ vài sản phẩm .19 Hình 1.25: Máy cắt dây chi tiết siêu nhỏ vài sản phẩm 19 Hình 1.26: Máy ép chảy số sản phẩm ép 20 Hình 1.27: Sóng dọc .22 Hình 1.28: Sóng ngang 22 Hình 1.29: Sóng dọc - ngang 23 Hình 1.30: Cấu tạo phát siêu âm .27 Hình 1.31: Sơ đồ khối phát sóng siêu âm 28 Hình 1.32: Tranducer 20kHz 28 Hình 1.33: Bộ khuếch đại booster 29 Hình 1.34: thiết bị ép chảy có tích hợp siêu âm sản phẩm 31 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành kỹ thuật khí Hình 1.35: Sản phẩm thu sau trình ép chảy 32 Hình 1.36: (a) Thiết đặt trình dập vuốt, (b) Khn dập vuốt 33 Hình 2.1: Chi tiết tiếp điểm chân điện tử .40 Hình 2.2: Biểu đồ lực ép phụ thuộc hành trình chày trình ép chảy chi tiết tiếp điểm điện tử 40 Hình 3: Đồ thị lực với vận tốc khác 41 Hình 2.4: Sơ đồ động máy ép khí nén có tích hợp siêu âm 42 Hình 2.5: Sơ đồ máy 43 Hình 2.6: Cụm bàn máy 44 Hình 2.7: Kiểm nghiệm bền cụm trục thiết bị .45 Hình 2.8: Cụm mang đầu chuyển đổi Tranducer 48 Hình 2.9: máy nén khí mini 49 Hình 2.10: Bộ nguồn phát sóng siêu âm 50 Hình 2.11: Xi lanh khí nén 50 Hình 2.12: Hình ảnh vít me- đai ốc 52 Hình 2.13: Động giảm tốc 53 Hình 2.14: Cụm siêu âm 54 Hình 2.15: Van điện từ 55 Hình 2.16: Cấu tạo van điện từ 55 Hình 2.17: Van điều chỉnh áp suất khí nén 56 Hình 1: Bản vẽ chi tiết đế máy 59 Hình 2: Bản vẽ chi tiết bàn ép 60 Hình 3: Bản vẽ chi tiết ổ đỡ trục 61 Hình 4: Bản vẽ trục 62 Hình 5:Bản vẽ lắp cụm thân máy .63 Hình 6: Bản vẽ bích 64 Hình 7: Bản vẽ giằng 65 Hình 8: Bản vẽ bích 66 Hình 9: Bản vẽ lắp cụm chứa phát sóng siêu âm 69 Hình 10: Bản vẽ bích 70 Hình 11: Bản vẽ giằng 71 Hình 12: Bản vẽ bích 72 Hình 13: Quy trình lắp ráp cụm đế máy 75 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành kỹ thuật khí Hình 14: Lắp ráp đầu chuyển đổi Tranducer vào cụm khung 76 Hình 15: lắp ráp cụm thân máy 77 Hình 16: Lắp ráp cụm thân máy vào trục 77 Hình 17: Lắp ổ trượt bi vào cụm thân 78 Hình 18: Lắp trục dẫn hướng lò xo .78 Hình 19: Lắp ghép cụm nối 79 Hình 20: Lắp ghép động vít me đai ôc 80 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành kỹ thuật khí Danh mục bảng Bảng 1: Tốc độ âm chất rắn 24 Bảng 2: bảng hệ số khuếch đại theo màu sắc bosster 29 Bảng 3: so sánh kết dập có khơng có siêu âm 34 Bảng 1: Thông số kỹ thuật thiết bị máy ép khí nén có tích hợp siêu âm 41 Bảng 2: Bảng kê chi tiết sơ đồ máy ép khí nén 44 Bảng 3: Bảng kê chi tiết cụm bàn máy 45 Bảng 4: Bảng kê chi tiết cụm mang đầu chuyển đổi Tranducer 48 Bảng 5: Khối lượng cụm thân cụm chứa đầu siêu âm 52 Bảng 6: Bảng kê chi tiết cụm siêu âm 54 Bảng 1: Bảng quy cách chế tạo cụm chi tiết máy 58 Bảng 2: Hình ảnh chế tạo chi tiết thực tế 68 Bảng 3: Hình ảnh chi tiết chế tạo thực tế 74 ... nghiên cứu tích hợp thêm sóng siêu âm để hỗ trợ q trình tạo hình  Kết dự kiến Nghiên cứu công nghệ thiết bị ép chảy chi tiết siêu nhỏ, xây dựng thiết kế chế tạo thiết bị ép có tích hợp thiết bị với. .. Ứng dụng siêu âm gia công chi tiết siêu nhỏ 1.7.1 Ép chảy Máy ép chảy có tích hợp hệ thống siêu âm [7,8] Hình 1.34: thiết bị ép chảy có tích hợp siêu âm sản phẩm  Thơng số thiết bị: - Chi? ??u dài:... - Nghiên cứu thiết bị gia công lĩnh vực chế tạo chi tiết siêu nhỏ - Nghiên cứu tổng quan công nghệ siêu âm - Tìm hiểu ứng dụng công nghệ siêu âm  Thực nghiệm: - Xây dựng thiết kế mơ hình thiết