5.3.1 Xác định bề dày tấm đỡ
Ứng suất uốn. Trong đó:
- M: moment uốn: Mmax = Fmax . L
2
- W là moment chống uốn theo phương x.
- W =bh2
6
- W =100.h2 (mm)
6
Với [σ] = 178 MPa là ứng suất uốn cho phép của POM.
h ≥ √600
178 = 1.83 mm
Mà h = 5 mm vậy chiều cao của tấm đỡ phôi thõa mãn yêu cầu cho phép.
5.3.2 Xác định số bulong để kẹp tấm nhôm lực tác dụng lên bulong
Fn =
F
n n: là số bu long cần lắp
Lực xiết bu long cần lắp: V =
k.F i.t k = 1,6: hệ số an toàn (1,2 – 1,6) i = 2: Số bề mặt ghép t = 0.17: hệ số ma sát V =1,6.200 =941.17 (N) 2.0,17nn 4.1,3.V
Ứng suất tương đương : σtđ = π.d2
d = 4 (mm): Là đường kính chân ren
σtđ =
Để thỏa mãn yêu cầu thì:
σtđ ≤ [ σk ] = 70 MPa 97.36 ≤ 70 => n ≥97.36 = 1.39 n70 Chọn n = 6
Như vậy ta chọn 6 bu long M4 để kẹp chặt phôi nhôm lên đồ gá.
CHƯƠNG 6: QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO DAO MIẾT CNC. 6.1 Khảo sát – thực nghiệm xem xét kỹ lại dao miết cũ từ đó hình thành ý tưởng dao miết mới phù hợp với thiết bị
- Qua thực nghiệm và khảo sát đàn anh đi trước, trên một sản phẩm miết tấm đẹp phụ
thuộc vào rất nhiều yếu tố từ vật liệu tấm phoi miết, cách lập trình các thông số miết phoi tấm (Z_bước nhấn đầu miếc đi xuống, cách chạy đầu miết nhấn đơn một điểm, nhấn đa điểm, chạy kiểu xoắn ốc, miết đè tăng gốc nhiều lần, F-vận tốc chạy bàn máy khi miết…), cách gá đặt phoi tấm miết, góc miết, t_bề dày tấm phoi, biên dạng sản phẩm thù hình sản phẩm cuối, chất lượng đầu miết tấm.
- Trong đó có thể kể đến một trong số các yếu tố quan trọng để hoàn thiện một sản
phẩm phôi miết tấm đẹp là dao miết tấm bởi vì trong máy miết tấm thì đầu miết tiếp xúc trực tiếp với bề mặt sản phẩm khi chạy CNC miết tấm, vậy nên cần cải tiến dao miết để thuận tiện cho việc miết tấm cũng nhứ gá đặt vào cụm dao chứa thiết bị rung.
- Trong đó nhóm nhận thấy đầu miếc cũ của đành anh k15 còn quá thô và có những
hạn chế nhất định như:
+ Quá trình miếc ma sát giữa phôi và đầu miếc cũ là rất lớn
+ Sinh nhiệt, làm xấu bề mặt biến dạng, quá trình miếc không êm. + Vận tốc chạy của bàn còn hạn chế do đầu miết chưa trơn (bóng nhẵn) + Đầu miếc rất thô chưa được cải tiến cho giảm ma sát.
+ Còn làm hư hỏng bề mặt xấu bề mặt rất nhiều. + …v…v…
Hình 6.1: Đầu miếc cũ sử dụng trên máy
Ý tưởng yêu cầu tạo ra một đầu miết mới đảm bảo:
+ Độ bền cao.
+ Dễ bảo trì sữa chữa thay thế khi có hư hỏng
+ Yêu cầu kinh tế
+ Giảm ma sát giảm ứng suất khi chạy CNC miết tấm.
+ Vẫn đảm bảo yêu cầu về độ chính xác khi gia công CNC miết tấm
+ Chuyên dụng cho các biên dạng sản phẩm khó (nhấp nhô,…)
6.2 Thiết kế sơ bộ từ ý tưởng
Lần lượt được thầy thông qua và cho phép đi gia công để thực nghiệm:
- Ý tưởng được hình thành và phác họa trên inventor với 2 phiên bản:
Dao miế1 1:
Với điểm miết phoi là hình cầu đường kính 6mm, cuối dao miết là các bước ren M8 với mục tiêu là gắn trược tiếp vào thiết bị dao động pzt.
Dao miết 2:
Có cấu tạo tương tự như đầu miết số 1, tuy nhiên k làm ren m8 thay vào đó là khớp nối để gắn giữa dao vào thiết bị dao động.
Hình 6.3: Phác sơ bộ 3D dao miết số 2
- Tổng kết lại nhóm có 2 ý tưởng được thầy duyệt cho phép gia công và thực nghiệm
để tiếp tục báo cáo.
6.3 Kiểm duyệt lại – chọn phương án tối ưu
- Có quá nhiều phương án và ý tưởng để cho nhóm lựa chọn và triển khai. Đầu tiên sử
dụng các yêu cầu phù hợp với thiệt bị dao động pzt để so sánh và loại trừ bớt phương án chưa khả thi để thực hiện gia công và thực nghiệm tập trung, đỡ tốn thời gian và chi phí.
Bảng 6.1: Bảng so sánh sơ bộ 2 phương án đã được duyệt
Phương án Tiêu chí
+ dễ bảo trì sữa chữa, thay thế khi có hư hỏng + Yêu cầu về kinh tế
+ Giảm ma sát giảm ứng suất khi chạy CNC miết tấm
+ Đảm bảo yêu cầu về độ chính xác khi gia công CNC miết tấm + Lắp trực tiếp vào máy không cần đồ gá kẹp dao
+ Tịnh tiến theo trục Z
+ Khả thi, dễ gia công thành hình
- Sau khi cân nhắc và so sánh giữa các yêu cầu và tiêu chí đặt ra thì cây đầu dao của
phương án 1 là vượt trội hơn vậy phương án 2.
- Xét kỹ lại phương án 2 vẫn còn vài tiêu chí chưa đạt được:
+ Đảm bảo yêu cầu về độ chính xác khi gia công CNC miết tấm chưa được vì còn
ghép trung gian từ đầu trục miếc với ổ lăn ròi từ ổ lăn vào thân, cả 2 mối ghép trên buộc phải lắp ghép có độ dôi để đầu miếc được cứng vững và không bị rơ. Điều này làm việc bảo trì trở nên khó hơn.
+ Nếu lắp được vào máy miết thì quá trình làm việc vận hành máy lực dọc trục tác
dụng lên ổ lăn là rất lớn thế nên độ bề và độ cứng vững bị ảnh hưởng, có nguy cơ bị rơ nếu sử dụng lâu dài.
Cần phải cải tiến, thiết kế tân trang lại đầu miếc ở phương án 2 cho hoàn thiện hơn.
6.4 Cải tiến – Hình thành phương án 1
-Phương án 1 dùng ý tưởng sử dụng ren M8 trên dao để gắn trước tiếp vào thiết bị dao
Hình 6.4: Ảnh minh họa dao miết 1
- Bỏ phần khớp nối giữa dao và pzt của phương án 2, thêm vào đó ra sử dụng ren và
đai ốc cho dao them cứng vững.
Hình 6.5: Ảnh phương án cải tiến dao miết 1 - Cải tiến mới được vẽ phác thảo 3D trên solidwork:
- Phương án 1 so với phương án 2 thì hoàn toàn khả thi – đạt được tất cả các tiêu chí đặt ra:
Bảng 6.2: Kết quả đạt được, qua quá trình chế tạo đầu miếc + Độ bền cao, dễ bảo trì sữa chữa thay thế khi có hư hỏng + Yêu cầu về kinh tế
+ Đảm bảo yêu cầu về độ chính xác khi gia công CNC miết tấm + Lắp trực tiếp vào pzt không cần đồ gá kẹp dao, khớp nối. + Độ rơ ít, cứng vững hơn
+ Khả thi, dễ gia công thành hình
6.4 Qúa trình tôi cứng dao
Hình 6.7: Dao thực tế khi chưa qua tôi
- Qúa trình tôi dao được nhóm thực hiện tại xưởng thí nghiệm vật liệu tại trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
- Qúa trình tôi dao được thực hiện qua 3 giai đoạn chính:
+ Thấm C trong thời gian 3 giờ
+ Tôi (8 phút)
+ Ram (30 phút)
Hình 6.9: Biểu đồ quá trình tôi cứng dao miết
-Trãi qua nhiều vất vã và hư hỏng không mong muốn cuối cùng dao miết tấm CNC đã
thành hình:
CHƯƠNG 7: KIỂM NGHIỆM VÀ MÔ PHÔNG 3D 7.1 Kiểm nghiệm bền các cụm đồ gá bằng phần mềm Inventor
- Vật liệu chọn làm chi tiết trong đồ gá là nhôm 6061 (A6061).
Bảng 7.1: Bảng thông số cơ tính của vật liệu
-Điều kiện cần và đủ để biết rằng chi tiết có đạt đủ độ bền để trong quá trình gia công
các chi tiết không bị biến dạng hoặc thay đổi về mặt cơ tính:
+ Ứng suất bền cho phép của nhôm A6061 là 275MPa và thép carbon là 350MPa + Ứng suất kéo cho phép của nhôm A6061 là 310MPa và thép carbon là 420MPa
7.1.2 Kiểm nghiệm dao miết
Hình 7.1: Bản vẽ 3D dao miết
Hình 7.2: Bản vẽ chi tiết 2D dao miết
Kiểm nghiệm:
+Bước 1: Đặt lực vào chi tiết là 200N theo phương Z ( tham khảo từ catalog của máy
+ Bước 2: Mô phỏng:
Hình 7.3: Kết quả mô phỏng ứng suất tối đa
Hình 7.4: Kết quả mô phỏng chuyển vị thẳng đứng theo Z
- Ứng suất tối da mà dao phải chịu trong suốt quá trình miết là 11,93 MPa
Kết luận: Ứng suất tối đa nhỏ hơn ứng suất cho phép rất nhiều nên dao thỏa mãn điều kiện bền và biến dạng của dao nằm trong vùng biến dạng đàn hồi nên ta kết luận dao đạt yêu cầu về độ bền.
7.1.3 kiểm nghiệm phần cụm gá PZT
- Theo quan sát trong quá trình thiết kế ta nhận biết được chi tiết (5) tấm đỡ trên PZT
là chi tiết phải chịu phản lực từ trục Z nhiều nhất nên ta tiến hành kiểm nghiệm bền chi tiết này.
Hình 7.5: Hình ảnh 3D chi tiết tấm đỡ PZT
Kiểm nghiệm:
-Bước 1: Đặt lực: Ta chọn lực đặt vào chi tiết là 200N (tham khảo từ catalog của máy
miết).
- Bước 2: Mô phỏng:
Hình 7.8: Kết quả mô phỏng về ứng suất tối đa
-Sau khi mô phỏng ta thấy được phần chịu ứng suất lớn nhất trên chi tiết là phần lỗ gá trên của pzt được gá bằng Ốc lục giác M8 là 3,613 MPa thấp hơn rất nhiều so với ứng suất bền cho phép là 275MPa.
-Phần lỗ lắp ốc ta thấy được phần lực mà lỗ ốc gánh chịu cũng chỉ khoảng 2,891 MPa
thấp hơn rất nhiều so với ứng suất bền của ốc lục giác
- Chuyển vị (biến dạng ) lớn nhất ở phần gá lục giác cũng rất nhỏ ( 8,526.10-4 mm)
Bảng 7.2: Cơ tính của bu lông lục giác tiêu chuẩn ISO 898-1.
+ Bước 3: kết luận: chi tiết và ốc hoàn toàn đủ bền trong suốt quá trình gia công với
7.2 Kiểm nghiệm bộ gá đo lực Loadcell
Hình 7.10: Mô hình 3D loadcell
- Trong suốt quá trình khảo sát miết có dao động ta cần biết được chính xác lực tác dụng lên bề mặt phôi nên ta cần dùng 1 thiết bị có thể do lực là Loadcell nên ta cần kiểm nghiệm bền của Loadcel.
+ Bước 1: Đặt lực 200N tác dụng theo phương Z vào phần chịu tác động lực khi miết.
+ Bước 2: Mô phỏng:
Hình 7.12: Kết quả mô phỏng ứng suất tối đa
- Sau khi mô phỏng ta thấy được lực tác động lớn nhất đối với loadcel chỉ là 100,3 MPa cũng chính là lực mà ốc lục giác M4x30 phải gánh chịu
- Chuyển vị thẳng đứng tối da là 0,253 mm cũng rất nhỏ
+Kết luận: Cả loadcell và ốc đều đủ bền để trong suốt quá trình miết dao động không
tạo ra biến dạng gây hư hỏng.
7.3 Nghiểm nghiệm tổng cụm gá Loadcell
Hình 7.14: Bản vẽ lắp 3D bộ gá loadcell
-Qúa trình mô phỏng bằng cách chung ta tạo một lực 200N vào đầu PZT và mô phỏng
với toàn bộ bộ gá loadcell ta được két quả sau:
- Ứng suất tối đa nằm ở phần tiếp xúc giữa loadcell và thân của đồ gá nơi được xem như là gối đỡ lực theo phương Z là 51,87 MPa.
- Ứng suất ngay tại vị trí lắp ốc chỉ rơi vào khoảng 17 MPa.
- Biến dạng tối đa của loadcel trong khoảng thời gian miết chỉ là 0,07694 mm.
Hình 7.16: Chuyển vị tối đa ở loadcell
-Kết luận: Loadcell hoàn toàn ổn định trong suốt quá trình miết.
+ Thân đồ gá cụm cân:
Hình 7.18: Chuyển vị tối đa ở thân loadcell
- Ứng suất tối đa phải chịu nằm ở phần gối đỡ trong suốt quá trình miết là 29,74
MPa.
- Biến dạng trong suốt quá trình miết chỉ là 0.008373 mm.
+ Kết luận: thân đồ gá đảm bảo độ bền cũng như không có biến dạng gây hư hỏng
trong suốt quá trình miết
+ Đế đồ gá:
Hình 7.20: Chuyển vị tối đa ở thân loadcell
- Áp lực tối đa mà đế đồ gá phải gánh chịu chỉ là 2 MPa
- Áp lực tối đa đặt lên con trượt rãnh nhôm là 3,071 MPa
-Biến dạng tối đa của đế đồ gá và bàn gá nhôm là rất nhỏ
+ Kết luận:
- Phần đế đồ gá và bàn gá đều đạt tiêu chuẩn bền trong suốt quá trình miết không gây
ra biến dạng hư hỏng ảnh hưởng đến quá trình kiểm nghiệm lực miết
- Cả cụm đồ gá loadcell đều có cơ tính tốt không có vấn đề về độ bền cũng như biến
CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 8.1 Kết luận
- Với sự tính toán, thiết kế và qua sự phân tích kiểm nghiệm trên các phần mềm cho
mô hình miết PZT đã thỏa mãn được độ bền, uốn. Nhóm đã tiến hành miết thử sản phẩm hình nón cụt kết hợp với tần số và biên độ của PZT do giáo viên hướng dẫn cung cấp. Dưới đây là sản phẩm được miết bằng PZT có tích hợp dao động.
Hình 8.2: Sản phẩm miết không có dao động.
- Có thể thấy được mắt thường và so sánh 2 sản phẩm giữa miết dao động và miết
không có dao động có sự khác nhau hoàn toàn. Miết không dao động có bề mặt không được được bóng do sự ma sát lớn giữa dao và dụng cụ phát sinh nhiệt lớn, gây hiện tượng dính bết phoi lên dụng cụ miết cũng như bề mặt sản phẩm , làm giảm tuổi bền dụng cụ đồng thời làm giảm chất lượng sản phẩm do quá trình tiếp xúc tỏa nhiệt một cách liên tục.
- Còn miết có dao động thì sản phẩm có bề mặt sáng, bóng hơn do quá trình rung siêu
âm đã giải quyết các vấn đề mà miết không có dao động để lại.
- Cải thiện bề mặt
- Cải thiện độ chính xác của chi tiết
- Cải thiện tỷ lệ hình thành
- Cải thiện khả năng dịnh dạng
8.2 Hướng phát triển.
- Có thể thay thế các phương pháp miết thông thường.
- Nghiên cứu được thông số pzt phù với sự rung động trong quá trình miết để có thể
cải thiện sản phẩm ngày càng tốt hơn.
- Triển khai ứng dụng công nghệ miết trên máy phay CNC tại phòng thí nghiệm, phục
vụ cho công tác nghiên cứu tại trường và hỗ trợ cho doanh nghiệp (ứng dụng đồ gá để gia công sản phẩm tại các công ty nhỏ vừa, các công ty liên quan đến gia công tạo hình, liên quan đến đồ gia dụng…).
- Phương pháp này nếu được nghiên cứu đầy đủ và hoàn chỉnh thì khả năng ứng dụng
rất cao, nhất là trong thời đại ngày nay – thời đại mà sự linh hoạt hóa quá trình sản xuất là yêu cầu cấp thiết.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Trong nước:
[1] Ths Trần Việt Thắng, Báo cáo khoa học: Nghiên cứu công nghệ miết ép phục
vụ chế tạo các chi tiết có kết cấu đặc biệt, chịu áp lực cao trong sản xuất vũ khí.
[2] PGS.TS Nguyễn Thanh Nam, Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy CNC tạo
mẫu bằng công nghệ ISF, 2013.
[3] Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng biến dạng vật liệu kim loại tấm trong gia công bằng phương pháp tạo hình gia tăng SPIF ở nhiệt