4.3.1. Xét tác dụng lực theo phương Z ( Lực cắt khi tiện phôi)
- Từ các công thức (4.3) và (4.10) ta đã tính được lực cắt cùng với độ dịch chuyển q1 áp dụng vào công thức (4.15).
=
- Phương pháp này cung cấp độ chính xác tốt hơn so với các phương pháp khác tùy
thuộc vào tỷ lệ t/ R của bản khớp mềm. Điều kiện đặt ra ở đây là sau khi ta đặt vào cán dao một khớp mềm thì độ cứng của cán dao phải thỏa điều kiện là: Kz lúc sau phải lớn hơn hoặc bằng 80% Kz ban đầu.
- Từ công thức (4.15) ta có được độ cứng ban đầu cảu khớp nối mềm từ đó ta suy ra độ cứng lúc sau trong điều kiện đặt ra. Do t/R và L có liên hệ với nhau nên ta lựa chọn t và R để tính ra L sao cho khi tối ưu trên phần mềm ta có kết quả tốt nhất.
Hình 4.3.2: Khoảng dịch chuyển lớn nhất theo phương z
- Từ các kết quả mô phỏng thực tế của cán dao ban đầu ta xác định được khoảng dịch chuyển lớn nhất cùng độ cứng, từ đó ta suy ra khoảng dịch chuyển thảo điều kiện mà ta đặt ra cho cán dao khi có khớp nối mềm có độ lớn trong khoảng từ 80% độ cứng ban đầu.
- Ta chọn nhiều thông số t và R khác nhau để mô phỏng và từ đó chọn ra kích thước tối ưu nhất:
Hình 4.3.3: Mô phỏng nhiều trường hợp trên phần mềm
- Qua nhiều lần tính toán và mô phỏng theo phương x và z trên phần mềm ANSYS
4.3.2 Xét tác dụng lực theo phương X ( Lực tác dụng của PZT)
- Tương tự như khi tính toán trường hợp như ở phương z, tuy nhiên ở phương x lực tác dụng của PZT khó kiểm soát được do bề mặt gá đặt cũng như là bề mặt tiếp xúc giữa đầu PZT và cán dao không được hoàn thiện tốt nhất. Đầu PZT nối với cán dao thông qua một con Bulong cầu M8:
Hình 4.3.5: Setup máy
- Thông số kỹ thuật của Piezo p-225.1s Pica:
Phạm vi điện áp hoạt động Phạm vi hành trình (vòng lặp) Lực đẩy/ kéo theo hướng chuyển
động Tải trọng Phạm vi nhiệt độ hoạt động Khối lượng
Hình 4.3.7. Bảng thông số kỹ thuật PZT
– Ta cũng thực hiện kiểm tra độ cứng của cán dao theo phương X tương tự như phương Z nhưng ở đây lực do PZT tác dụng theo phương X như mô hình mô phỏng dưới hình 4.3.8:
Hình 4.3.9: Khoảng dịch chuyển lớn nhất theo phương X
- Từ các kết quả thu được ở trên thì ta rút ra được kết quả tối ưu nhất đối với việc gia công khớp mềm và việc gá đặt cán dao tiện lợi nhất cho việc gia công
Hình 4.3.10: Mô phỏng khoảng dịch chuyển tối ưu nhất
t (mm)
CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG 5.1 Giới thiệu phần mềm:
- CAE ( Computer- Aided Engineering) là kĩ thuật phân tích lợi dụng khả năng phân tích và tính toán chính xác, nhanh chóng của máy vi tính để hiểu mô hình nguyên lí của hệ thống, đồng thời kết hợp với chức năng đồ họa giúp người sử dụng thu được kết quả nhanh chóng và dung kết quả để tối ưu hóa thông số thiết kế.
Dùng những phương pháp cũ như áp dụng cơ lý thuyết, sức bền vật liệu để tính toán thì chưa chính xác với điều kiện thực tế, tốn nhiều thời gian. ANSYS là công cụ có thể giải quyết được vấn đề trên, ngoài việc phân tích các phần tử hữu hạn, liên kết với các phần mềm thiết kế hình học, ANSYS có thể phân tích ứng suất, biến dạng, xác định độ bền mỏi và độ phá hủy của chi tiết một cách chính xác và có độ tin cậy cao.
5.2 Phân tích biến dạng trên phần mềm:
- Khởi động phần mềm ANSYS
- Khởi động modul : Static Structural
Hình 5.2: Khởi động moldul
5.2.1 Mô phỏng, phân tích biến dạng cán dao không khớp mềm:
- Đưa ra các tham số số của mô phỏng bằng ANSYS 18.2. Nó bao gồm thông số đầu
vào và đầu ra.
5.2.1.1 Dữ liệu đầu vào:
- Giải thích một số vấn đề cơ bản về hình học, vật liệu, ứng suất,… Tính toán để biết được vùng chịu tác động của lực nằm trong khoản nào.
- Vật liệu:
- Cán dao: thép C45
- Mũi dao: Hợp kim cứng Khối
lượng riêng: 15700 kg/m3 Modun đàn hồi: 6.83E+0.5 MPa Hệ số Poisson: 0.3
- Kiểu phân tích: - Biên dạng hình học: Hình 5.4: Biên dạng hình học Đơn vị: mm Các kích thước: Hình 5.5: Các kích thước
Điều kiện biên mô phỏng chịu lực theo phương X: Contact region:
Hình 5.6: Mặt phăng liên kết.
Scope:
Scoping Method: Geometry Selection Contact: 12 Faces Target: 12 Faces Geometry: 1 Face Definition: Type: Bonded Force: Hình 5.7: Phương của lực.
Scope:
Scoping Method: Geometry Selection Geometry: 1 Edge
Definition: Type: Force
Defined by: component Global coordinate system X Component: 100N Suppressed: No
Fixed support
Hình 5.8: Mặt phẳng được hỗ trợ cố định
Scope:
Scoping Method: Geometry Selection Geometry: 1 Face
Definition:
Type: Fixed Support Suppressed: No
Chia lưới :
Hình 5.8: Lưới trên chi tiết
Điều kiện biên mô phỏng chịu lực theo phương Z: Contact region:
Hình 5.9: Mặt phăng liên kết. Scope:
Scoping Method: Geometry Selection Contact: 12 Faces Target: 12 Faces Geometry: 1 Face Definition: Type: Bonded Force: Hình 5.10: Phương của lực.
Scope:
Scoping Method: Geometry Selection Geometry: 1 Face
Definition: Type: Force
Defined by: component Global coordinate system Y Component: 600N Suppressed: No
Fixed support
Hình 5.11: Mặt phẳng được hỗ trợ cố định
Scope:
Scoping Method: Geometry Selection Geometry: 1 Face
Definition:
Type: Fixed Support Suppressed: No
Chia lưới :
Hình 5.12: Lưới trên chi tiết
5.1.1.2 Dữ liệu đầu ra:
Biến dạng toàn phần:
Cho thấy được sự biến đổi trước và sau khi chịu tác động của ngoại lực, thông qua đó có thể xác định được các phần của chi tiết khi chịu tác động của ngoại lực.
Hình 5.13: Biến dạng toàn phần khi chịu lực theo phương X
Hình 5.14: Biến dạng toàn phần khi chịu lực theo phương Z
Chọn 3 điểm A,B,C để so sánh sự biến dạng
Hình 5.16: Biến dạng theo phương Z của điểm A
Hình 5.17: Biến dạng theo phương Z của điểm B
Hình 5.18: Biến dạng theo phương Z của điểm C
5.2.2 Mô phỏng, phân tích biến dạng cán dao có khớp nối mềm:
Đưa ra các tham số số của mô phỏng bằng ANSYS 18.2. Nó bao gồm thông số đầu vào và đầu ra.
5.2.2.1 Dữ liệu đầu vào:
Giải thích một số vấn đề cơ bản về hình học, vật liệu, ứng suất,… Tính toán để biết được vùng chịu tác động của lực nằm trong khoản nào.
Vật liệu:
Cán dao: thép C45
Khối lượng riêng: 7850 kg/m3 Modun đàn hồi: 2.1E+0.5 MPa Hệ số Poisson: 0.3
Mũi dao: Hợp kim cứng. Khối lượng riêng: 15700 kg/m3 Modun đàn hồi: 6.83E+0.5 MPa Hệ số Poisson: 0.3
Hình 5.19: Vật liệu mũi dao và cán dao
Kiểu phân tích:
Hệ thống phân tích : kết cấu tĩnh. Loại phân tích : mô phỏng 3D.
Biên dạng hình học:
Đơn vị: mm Các kích thước:
Hình 5.21: Các kích thước
Điều kiện biên mô phỏng chịu lực theo phương X: Contact region:
Scope:
Scoping Method: Geometry Selection Contact: 12 Faces Target: 12 Faces Geometry: 1 Face Definition: Type: Bonded Force: Hình 5.23: Phương của lực. Scope:
Scoping Method: Geometry Selection Geometry: 1 Edge
Definition: Type: Force
Defined by: component Global coordinate system X Component: 100N Suppressed: No
Hình 5.24: Mặt phẳng được hỗ trợ cố định Scope:
Scoping Method: Geometry Selection Geometry: 1 Face
Definition:
Type: Fixed Support Suppressed: No
Chia lưới :
Hình 5.25: Lưới trên chi tiết
Điều kiện biên mô phỏng chịu lực theo phương Z: Contact region:
Hình 5.26: Mặt phăng liên kết. Scope:
Scoping Method: Geometry Selection Contact: 12 Faces Target: 12 Faces Geometry: 1 Face Definition: Type: Bonded Force: Hình 5.27: Phương của lực. Scope:
Geometry: 1 Face Definition:
Type: Force
Defined by: component Global coordinate system Y Component: 600N Suppressed: No
Fixed support
Hình 5.28: Mặt phẳng được hỗ trợ cố định
Scope:
Scoping Method: Geometry Selection Geometry: 1 Face
Definition:
Type: Fixed Support Suppressed: No
Chia lưới :
5.2.2.2 Dữ liệu đầu ra:
Cho ta biết được kết quả quá trình phân tích như chuyển vị, biến dạng,…
Biến dạng toàn phần:
Cho thấy được sự biến đổi trước và sau khi chịu tác động của ngoại lực, thông qua đó có thể xác định được các phần của chi tiết khi chịu tác động của ngoại lực.
Hình 5.30: Biến dạng toàn phần khi chịu lực theo phương X
Hình 5.31: Biến dạng toàn phần khi chịu lực theo phương Z
Hình 5.32: Các điểm xét biến dạng theo phương Z
Hình 5.33: Biến dạng theo phương Z của điểm A
Hình 5.35: Biến dạng theo phương Z của điểm C
5.3 So sánh kết quả mô phỏng:
Bảng so sánh độ cứng của hai loại cán dao Loại
Phương (lực) Z (600N) X (100N)
5.4 Nhận xét:
Độ cứng theo phương Z của cán dao có dao động hỗ trợ bằng 65,3% so với cán thường.
Độ cứng theo phương X của cán dao có dao động hỗ trợ bằng 30,6% so với cán thường.
Biểu đồ dựa kết quả mô phỏng biến dạng tại các điểm A, B, C khi chịu lực tác động theo phương Z 0.04 0.03 0.02 0.01 0 Điểm A
Biểu đồ dựa vào kết quả mô phỏng biến dạng toàn phần khi chịu lực theo phương X: 10 8 6 4 2 0 1
Chương 6: THIẾT KẾ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 6.1.Giới thiệu các bộ phận PZT:
6.1.1.Bộ khuếch đại nguồn điện:
- HVPZT-POWER-AMPLIFIER là thiết bị có chức năng chuyển đổi nguồn điện
(100÷250 V, 50÷60 Hz) thành nguồn điện có tần số siêu âm.
Hình 6.1: HVPZT-POWER-AMPLIFIER
6.1.2.Bộ điều khiển:
- Thông thường, hai thông số của máy được quan tâm là công suất và dải tần số làm việc. Ngoài ra một số tính năng khác cũng được quan tâm như: chức năng tự động quét tần số cộng hưởng, chức năng tự động điều chỉnh tần số khi tải thay đổi và chức
năng điều khiển bằng máy tính v.v.
Hình 6.2: Bộ điều khiển rung động
6.1.3 Bộ chuyển đổi siêu âm:
-Bộ chuyển đổi siêu âm (Ultrasonic Transducer) có chức năng chuyển đổi năng lượng điện siêu âm thành dao động cơ học với tần số siêu âm.
6.2Thiết kế đồ gá cho bộ phận tạo rung động siêu âm: 6.2.1Đo kích thước đồ gá dao trên máy tiện
- Dựa vào kích thước đồ gá thông thường trên máy tiện, thiết kế đồ gá bộ phận hỗ trợ rung động cho cán dao.
6.2.2.Mô phỏng lắp ráp bằng phần mềm Inventor:
- Mô phỏng trên phần mềm nhằm mục đích tìm ra kích thước đồ gá để khi gá đặt bộ
phận hỗ trợ rung động tiếp xúc với cán dao ở vị trí phù hợp và hoạt động hiệu quả.
Hình 6.5: Mô phỏng gá đặt mô hình
6.2.3.Bản vẽ chi tiết :
6.3.Tiến hành thí nghiệm: 6.3.1Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm: 3 4 5 6 7 8 9 2 1 Hình 6.7: Dụng cụ thí nghiệm
Số 1: Bộ điều khiển trung tâm của PZT Số 2: Thiết bị tạo rung động của PZT Số 3: Cờ lê
Số 4: Cờ lê Số 5: Mỏ lếch
Số 6: Tay siết mâm cặp Số 7: Tay siết bàn dao Số 8: Thước kẹp
Số 9: Đầu rung tạo dao động cảu PZT Số 10: Phôi
Số 11: Đồ gá cảu PZT Số 12: Dao tiện phá thô Số 13: Lông đền chêm PZT
Số 14: Cán dao tiện có tích hợp khớp nối mềm Số 15: Lục giác 10 11 12 13 14 15
6.3.2.Lắp đặt mô hình thí nghiệm:
6.3.3.Quy trình thí nghiệm:
- Thí nghiệm được chia thành hai phần và thực hiện trên hai phôi INOX304 đường kính Φ30
- Tiện với rung động hỗ trợ có điện áp 2V và tầng số lần lượt 1kHz, 1.5kHz, 2kHz.
Hình 6.10: Tiện với điện áp 2V
- Để đạt được kết quả mang tính khách quan thì ta sẽ so sánh với việc gia công khi không có sự hỗ trợ của thiết bị PZT, các thông số khi tiện bình thường có giải nhiệt bằng nước làm nguội
SPINDLE SPEED (rpm)
800
- Thông số tiện khi có dao động hỗ trợ được thể hiện ở bảng 6.4:
PIEZO ACTUATOR SETUP
Voltage (V)
6.4.Kết quả thí nghiệm:
- Sau khi gia công:
Hình 6.11: Phôi khi gia công không có dao động
1kHz 1,5kHz 2kHz
Hình 6.12: Phôi khi gia công có dao động
– Khi tiến hành thí nghiệm ta sẽ thu được phoi rơi ra trong quá trình gia công, thu lại ta sẽ được kết quả sau đây:
Hình 6.13: Phoi khi gia công không có dao động hỗ trợ
Phoi khi gia công với dao động ở tần số 1kHz: Phoi đứt đoạn dài khoảng 5cm:
Hình 6.14. Phoi khi gia công ở tần số 1kHz
Phoi khi gia công với dao động ở tần số 1,5kHz: Phoi khi tiện là phoi vụn nhỏ với độ dài khoảng 1cm
Hình 6.15. Phoi khi gia công ở tần số 1,5kHz
Phoi khi gia công với dao động ở tần số 2kHz: Ở tần số này phoi khi tiện là phoi vụn nhỏ hơn ở tần số 1,5kHz với độ dài khoảng 0,5cm
Hình 6.16. Phoi khi gia công ở tần số 2kHz
- Nhận xét:
Khi so sánh kết quả khi tiện có dao động hỗ trợ và không có dao động hỗ trợ thì nhóm nhận thấy chất lượng bề mặt của phôi khi gia công có dao động hỗ trợ được cải thiện hơn nhưng không đáng kể so với khi ta gia công bình thường cùng một điều kiện không có dao động hỗ trợ.
Khi tiện có dao động hỗ trợ thì phoi rớt ra là phoi vụn hạn chế tối đa việc hình thành phoi dây, phoi dây rất nguy hiểm tới quá tình tiện có thể gây ra rối dây dẫn đến gãy dao và ảnh hưởng đến bề mặt chi tiết gia công Đánh giá bằng mắt thường ta nhận thấy khi tiện có dao động hỗ trợ thì mãnh dao ít bị cháy hơn khi tiện bình thường.
Chương 7: KẾT LUẬN
7.1 Kết quả đạt được:
- Đề tài đã góp phần hoàn thiện thêm các kiến thức về gia công cắt gọt, đặc biệt là tiện bề mặt inox304 có trợ giúp của rung động siêu âm, cụ thể là:
- Khẳng định được tác động tích cực của rung động đến chất lượng bề mặt, độ bền dao cắt và phoi tạo thành khi gia công góp phần tạo an toàn khi gia công.
- Làm rõ đặc tính bám dính và hiện tượng kẹt phoi làm giảm khả năng khi tiện các vật liệu hợp kim dẻo như inox.
- Các kết quả thu được của đề tài cũng hình thành cơ sở lý thuyết và thực nghiệm cho các nghiên cứu tiếp sau. Kết quả của đề tài cũng có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy và nghiên cứu khoa học.
- Tuy nhiên, đề tài đã chỉ ra nhiều vấn đề còn tồn tại và khó khăn khi áp dụng công nghệ này chẳng hạn như: sự tương thích giữa các thông số rung của cơ cấu rung với các thông số gia công, cách thiết lập một cơ cấu rung cho gia công cắt gọt v.v;
7.2 Ý nghĩa thực tiễn
- Đề tài đã ứng dụng thành công phương pháp tiện có dao động hỗ trợ. Kết quả thu được có thể áp dụng trực tiếp vào sản xuất để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình tiện, đặc biệt trong gia công cắt gọt.
7.3 Hướng phát triển của đề tài:
- Theo nhận định của nhóm, đề tài ứng dụng dao động trợ giúp gia công là một đề tài