NGHIÊN CỨU BẰNG THỰC NGHIỆM ĐẶC TÍNH CỦA RUNG ĐỘNG TỰ KÍCH THÍCH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA BƯỚC TIẾN DAO ĐẾN SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA NÓ TRONG QUÁ TRÌNH CẮT KIM LOẠI

NGHIÊN CỨU BẰNG THỰC NGHIỆM ĐẶC TÍNH CỦA RUNG ĐỘNG TỰ KÍCH THÍCH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA BƯỚC TIẾN DAO ĐẾN SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA NÓ TRONG QUÁ TRÌNH CẮT KIM LOẠI

đại học thái nguyên TRNG I HC K THUT CễNG NGHIỆP luận văn thạc sỹ K THUT ngành: công nghệ chế tạo máy "Nghiên cứu BNG THC NGHIỆM ĐẶC TÍNH CỦA RUNG ĐỘNG TỰ KÍCH THÍCH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA BƯỚC TIẾN DAO ĐẾN SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA Nã TRONG QUÁ TR×NH CẮT KIM LOẠI VỚI SỰ TR GIP CA MY TNH" Học viên : Ngô Đức H¹nh Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Dương Phúc Tý Thái nguyên 2008 LI NểI U Gia cụng ct gt kim loại trình chế tạo sản phẩm hồn chỉnh ngành khí Việc nắm bắt điều khiển quy luật khoa học q trình cắt gọt góp phần nâng cao suất, chất lượng, hiệu kinh tế Trong trình gia cơng cắt gọt kim loại có nhiều yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định trình cắt, yếu tố rung động Từ trước đến giới có nhiều cơng trình nghiên cứu rung động q trình cắt máy cơng cụ nói chung máy phay nói riêng, nhằm mục đích nâng cao tiêu kinh tế – kỹ thuật Các cơng trình nghiên cứu đạt nhiều thành tựu to lớn góp phần xứng đáng vào nghiệp phát triển ngành chế tạo máy nói chung Tuy nhiên tính chất phức tạp tượng này, đòi hỏi ngày cao mặt suất, chất lượng ngành công nghệ chế tạo máy nên việc nghiên cứu rung động trình cắt để tìm biện pháp khống chế nó, nhằm mục đích ổn định trạng thái q trình cắt địi hỏi phải tiếp tục Qua hai năm học tập rèn luyện trường Đại học kỹ thuật Cơng Nghiệp đến cuối khố học thân em giao đề tài: " Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính rung động tự kích thích ảnh hưởng bước tiến dao đến tăng trưởng q trình cắt kim loại với trợ giúp máy tính” Trong thời gian thực đề tài với cố gắng nỗ lực nghiên cứu thân với bảo tận tình thầy giáo hướng dẫn PGS TS Dương Phúc Tý thầy thuộc khoa khí trường Đại học kỹ thuật Công Nghiệp, giúp đỡ bạn đồng nghiệp, đến đề tài em hoàn thành Tuy nhiên hạn chế điều kiện nghiên cứu đặc biệt hạn chế lực nghiên cứu thân nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót, em mong giúp đỡ bảo thầy giáo bạn đồng nghiệp để từ em rút kinh nghiệm cho thân lĩnh vực nghiên cứu sau Một lần em xin bày tỏ lòng biết ơn thày giáo hướng dẫn PGS.TS Dương Phúc Tý, thầy giáo khoa khí trường Đại học kỹ thuật Cơng Nghiệp bạn đồng nghiệp giúp đỡ em trình nghiên cứu để đề tài hoàn thành thời hạn HỌC VIÊN Ngơ Đức Hạnh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn PHẦN MỞ ĐẦU TÊN ĐỀ TÀI Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính rung động tự kích thích ảnh hưởng bước tiến dao đến tăng trưởng q trình cắt kim loại với trợ giúp máy tính Tính cấp thiết đề tài Rung động trình cắt kim loại tượng cố hữu Rung động mà đặc biệt rung động tự kích thích ảnh hưởng lớn đến suất chất lượng gia công, ảnh hưởng đến mịn dao độ xác máy vậy, nghiên cứu đặc tính rung động tự kích thích nghiên cứu những nhân tố ảnh hưởng đến làm sở cho việc nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế ảnh hưởng xấu đồng thời làm sở cho việc tối ưu hố q trình gia cơng kim loại luôn vấn đề quan tâm lĩnh vực gia công kim loại Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 2.1.Ý nghĩa khoa học Kết nghiên cứu đề tài góp phần bổ sung cho lý luận rung động kỹ thuật nói chung lý luận dao động q trình cắt kim loại nói riêng 2.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu đề tài sở cho việc nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế ảnh hưởng rung động tự kích thích nhằm đảm bảo an tồn cho hệ thống công nghệ gia công, đảm bảo chất lượng sản phẩm Đồng thời kết nghiên cứu sở liệu để tối ưu hoá chế độ gia cơng theo mục tiêu ổn định Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Mục đích nghiên cứu Vì đề tài có hai phần nên có hai phần nghiên cứu cụ thể: 3.1 Tìm đặc tính rung động tự kích thích làm sở cho việc nghiên cứu nhân tố ảnh hưởng đến phát triển Trên sở tiếp tục nghiên cứu giải pháp hạn chế phát triển nhằm đảm bảo cho q trình cắt ln ổn định 3.2 Tìm mối quan hệ bước tiến dao với rung động tự kích thích làm sở cho việc nghiên cứu tối ưu hoá chế độ gia công Đối tƣợng nghiên cứu Rung động tự kích thích xuất q trình gia công kim loại Nội dung nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu xác định đại lượng đặc trưng rung động tự kích thích 5.2 Xây dựng mơ hình thí nghiệm để nghiên cứu đặc tính rung động tự kích thích nghiên cứu ảnh hưởng bước tiến dao đến rung động tự kích thích 5.3 Lựa chọn hệ thống trang thiết bị, dụng cụ vật liệu phục vụ cho trình cắt kim loại hệ thống thiết bị thu xử lý liệu thí nghiệm 5.4 Quy hoạch thực nghiệm cho hai trường hợp 5.5 Triển khai thí nghiệm theo quy hoạch 5.6 Thu xử lý liệu theo lý thuyết thống kê 5.7 Từ kết xử lý mà rút kết luận đặc tính rung động tự kích thích kết luận ảnh hưởng bước tiến dao đến tăng trưởng q trình cắt kim loại Phƣơng pháp nghiên cứu 6.1 Khi nghiên cứu lý thuyết dùng phương pháp phân tích, tổng hợp 6.2 Khi nghiên cứu thực nghiệm dùng phương pháp cắt thử phương pháp nghiên cứu quy nạp 6.3 Khi xử lý liệu dùng phương pháp bình phương bé Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Phạm vi nghiên cứu Trong thực tế, trình cắt kim loại diễn nhiều hệ thống gia công khác Trong điều kiện sở vật chất cụ thể Đại học Thái Nguyên, tác giả khảo sát rung động tự kích thích hệ thống cơng nghệ phay Cụ thể: máy phay đứng 6P13Б máy phay đứng turdimill, dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim cứng T5K10 với vật liệu gia công thép 45 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ NHỮNG THÀNH TỰU KHOA HỌC TRONG LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU RUNG ĐỘNG TỰ KÍCH THÍCH TRÊN MÁY CƠNG CỤ I.1 Rung động trình cắt Rung động tượng phổ biến tự nhiên kỹ thuật tất vật thể có khối lượng có tính đàn hồi rung động có lực kích thích Máy cơng cụ hệ đàn hồi nên q trình gia cơng ngoại lực lực cắt tác dụng lên hệ làm hệ rung động Trong thực tế khơng có q trình cắt gọt kim loại mà hệ thống công nghệ không rung động Rung động tượng kèm theo trình gia công cắt gọt kim loại Trong điều kiện cụ thể định rung động tăng trưởng mạnh q trình gia cơng, làm xấu tiêu kinh tế chất lượng sản phẩm Cụ thể rung động gây hậu sau: - Không cho phép sử dụng hết công suất máy khả cắt dụng cụ - Gây mịn nhanh phận máy, làm giảm độ xác máy - Tăng mức độ nguy hiểm phá huỷ học lưỡi cắt dụng cụ cắt - Phá huỷ học dụng cụ cắt (gãy dao dụng cụ có nhiều lưỡi cắt) số chi tiết máy - Giảm độ xác hình học chi tiết gia cơng độ bóng bề mặt, đặc biệt nguyên công gia công tinh - Gây ồn cho mơi trường làm việc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.2 Các dạng rung động mguyên nhân gây rung động Rung động trình cắt thường bao gồm loại sau: - Rung động cưỡng - Rung động riêng - Rung động tự kích thích 1.2.1 Rung động cưỡng Rung động cưỡng xuất ngoại lực kích thích động lực học tác động lên hệ thống công nghệ: máy - dụng cụ cắt - chi tiết gia công Nguyên nhân gây rung động cưỡng bức: a Nhiễu từ bên ngồi truyền qua móng máy b Nhiễu bên hệ thống công nghệ do: - Các chi tiết quay nhanh không cân - Các truyền động ăn khớp chế tạo không xác bị mịn gây va đập q trình ăn khớp - Ổ bi mà đặc biệt ổ trục bị mịn - Các sống trượt bị mòn - Tải trọng động phát sinh tăng tốc độ hay hãm phận có khối lượng lớn c Do lực cắt biến đổi cắt bề mặt gián đoạn va đập dao vào cắt q trình gia cơng Đặc điểm rung động cưỡng bức: - Hệ thống công nghệ rung động với tần số lực kích thích Biên độ rung động phụ thuộc vào biên độ lực kích thích phụ thuộc vào độ cứng vững động lực học hệ thống công nghệ - Nếu lực kích thích biến đổi có chu kỳ đồng thời tần số kích thích xấp xỉ tần số dao động riêng hệ rung động xuất với biên độ lớn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Đó tượng cộng hưởng - Đối với lực kích thích dạng xung hệ rung động với tần số riêng biên độ rung động tắt dần - Trường hợp rung động cưỡng xuất lực cắt thay đổi đặc biệt cắt bề mặt gián đoạn tần số rung động thường phù hợp với tần số quay trục tần số quay dụng cụ cắt Rung động cưỡng làm giảm chất lượng gia công đặc biệt ngun cơng gia cơng tinh Nó ảnh hưởng lớn tần số kích thích gần với tần số riêng hệ Trong trình phay, rung động cưỡng dẫn đến ổn định tốc độ vòng quay dao đủ lớn để làm cho tần số vào cắt dao tần số riêng hệ Tần số xác định theo công thức: f n.z Hz 60 (1-1) Phần lớn rung động cưỡng làm giảm khử bỏ cách khử nguồn gây kích thích làm thay đổi tần số kích thích kích thích có tính chu kỳ cho tần số khơng gần với tần số riêng hệ cụ thể: - Xây dựng bệ máy tốt - Loại bỏ sai sót truyền động máy - Cân tĩnh cân động chi tiết chuyển động quay - Chọn tốc độ quay trục số dao hợp lý - Sử dụng thiết bị thu giảm rung 1.2.2 Rung động riêng Rung động riêng hệ thống máy - dụng cụ cắt - chi tiết gia công số nút hệ thống rung động phát sinh va đập, chẳng hạn đóng ly hợp, dụng cụ bắt đầu vào cắt Phần lớn ảnh hưởng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn rung động riêng trình cắt khơng đáng kể dao động tắt dần nhanh Nó có ý nghĩa có liên quan đến việc xác định đặc tính trình dao động nhằm phục vụ cho việc nghiên cứu tượng rung động q trình cắt 1.2.3 Rung động tự kích thích Rung động tự kích thích dạng rung động tự thân q trình cắt sinh Rung động tự kích thích sinh q trình cắt ngun nhân sau: 1- Sự biến động lực cắt mà biến động biến động tốc độ cắt, tiết diện lớp cắt biến động thơng số hình học dao 2- Do hình thành phá huỷ lẹo dao 3- Sự biến động thành phần vật liệu làm phôi 4- Do hiệu ứng tái sinh 5- Do liên kết vị trí ( Rung động tự kích thíchkhơng tái sinh ) Dưới phân tích rõ nguyên nhân nói trên: 1.2.3.1.Sự biến động lực cắt biến động tốc độ tiết diện lớp cắt Trong trình cắt kim loại, tốc độ cắt tăng lên lực cắt giảm Sự suy giảm lực cắt theo chiều tăng tốc độ cắt nguyên nhân gây tượng rung động máy công cụ Theo quan điểm lý thuyết lượng tới hạn ổn định trình cắt ta có phương trình cân lượng cho q trình cắt sau: Cơng suất tạo phoi xác định: Q= P.V (w) ( 1-2) Trong P lực tạo phoi (thành phần lực tiếp tuyến) Với q trình Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn phay P xác định: P = k.F = K.Sz.T.Zc K - lực cắt riêng vật liệu gia công (N) (1-3) (N/m2) F - diện tích cắt (m2) Sz - bước tiến dao (m) T - chiều sâu cắt (m) V - tốc độ cắt (m/s) Zc - số đồng thời cắt dao phay Nếu gọi Qk công suất tới hạn ổn định trình tạo phoi - tức công suất mà nhu cầu lượng trình tạo phoi vượt giá trị hệ thống cơng nghệ bắt đầu ổn định Qk xác định: Qk = Pk.V (w) (1-4) Trong đó: Pk - lực tạo phoi tới hạn xét cấp tốc độ V xác định (N) Khi lực tạo phoi trình cắt vượt q giá trị hệ thống công nghệ bắt đầu ổn định V - tốc độ cắt (m/s) Tại vị trí gia cơng, theo phương xác định, công suất tạo phoi tới hạn cắt với tốc độ V1 là: Qk1= Pk1 V1 (1-5) Tương tự, công suất tạo phoi tới hạn cắt với tốc độ V2 là: Qk2 = Pk2.V2 (1-6) Lý thuyết Rung động tự kích thíchvà ổn định theo quan điểm lượng trình cắt rằng, vị trí gia cơng theo phương xác định lượng tới hạn ổn định khơng đổi theo Qk1 = Qk2 hay Pk1.V1 = Pk2.V2 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên (1-7) http://www.lrc-tnu.edu.vn ... đặc tính rung động tự kích thích ảnh hưởng bước tiến dao đến tăng trưởng trình cắt kim loại với trợ giúp máy tính Tính cấp thiết đề tài Rung động trình cắt kim loại tượng cố hữu Rung động mà đặc. .. đại lượng đặc trưng rung động tự kích thích 5.2 Xây dựng mơ hình thí nghiệm để nghiên cứu đặc tính rung động tự kích thích nghiên cứu ảnh hưởng bước tiến dao đến rung động tự kích thích 5.3 Lựa... đến việc xác định đặc tính q trình dao động nhằm phục vụ cho việc nghiên cứu tượng rung động q trình cắt 1.2.3 Rung động tự kích thích Rung động tự kích thích dạng rung động tự thân q trình cắt