2.6.1 Máy thực hiện quá trình biến dạng tấm
Để có thể thực hiện được quỹ đạo di chuyển của dụng cụ tạo hình nhằm tạo hình sản phẩm mong muốn bằng công nghệ ISF ta cần phải có thiết bị gia công. Nhìn chung, tất cả máy CNC 3 trục đều thích hợp để thực hiện. Tốc độ cao, không gian làm việc lớn và có đủ độ cứng vững là những yêu cầu cần thiết. Sau đây là những máy có thể dùng cho quá trình gia công ISF.
Máy phay CNC
Máy chuyên dụng (AMINO, MECO,…) Robots
2.6.2 Dụng cụ tạo hình trong quá trình biến dạng tấm
Hình 2.8: Các loại dụng cụ tạo hình
Vật liệu làm dụng cụ tạo hình càng cứng càng tốt để tránh mòn và biến dạng dụng cụ. Do đó tùy khả năng có thể chế tạo dụng cụ để chọn vật liệu làm dụng cụ tạo hình phù hợp. Đầu dụng cụ tạo hình được chế tạo bằng hợp kim Carbide, hoặc phù lớp chống ma sát như TiN, CrN, DLC để có thể đạt độ cứng và chống mài mòn tốt khi biến dạng các vật liệu cứng như thép hoặc inox.
Chọn đường kính và chiều dài của dụng cụ tạo hình bao nhiêu thì tùy thuộc vào hình dạng và kích thước của sản phẩm. Tuy nhiên đường kính dụng cụ lớn thì thời gian gia công nhanh, độ bóng đạt cao hơn tuy nhiên góc giới hạn của biến dạng tấm sẽ giảm xuống, độ chính xác về hình dáng cũng giảm đi. Dụng cụ tạo hình nhỏ nhất nên có đường kính 6mm. Tuy nhiên, qua thực nghiệm người ta khuyến cáo rằng bán kính nhỏ nhất nên là 5mm.
Trong nội dung báo cáo, các thí nghiệm và thực nghiệm trên sản phẩm bằng công nghệ ISF sử dụng dụng cụ với đường kính từ 6mm. Vật liệu làm là thép dụng cụ sau khi đã được tôi và đánh bóng. Các dụng cụ này được tiện trên máy tiện và sử dụng đồ gá chuyên biệt để đảm bảo biên dạng hình cầu của đầu dụng cụ. Yêu cầu độ cứng đạt được của dụng cụ là 65 HRC.
Ngoài ra khi thiết kế chế tạo dụng cụ tạo hình thì cần chú ý hai cỡ của cán dụng cụ là 10mm và 16mm. Do đó các dụng cụ tạo hình có kích thước đường kính nhỏ hơn
10 hay từ 10-16mm thì cần có độ côn từ cán đến đầu dụng cụ. Góc này từ 10-15º để
Hình 2.9: Các dụng cụ tạo hình được sử dụng để thí nghiệm.
Hình 2.10: Dụng cụ gắn lên trục máy phay
2.7 Ảnh hưởng của thông số gia công lên khả năng tạo hình – chất lượng bề mặtvà độ chính xác và độ chính xác
2.7.1 Ảnh hưởng của thông số gia công lên khả năng tạo hình, chất lượng bề mặtvà độ chính xác và độ chính xác
Khả năng tạo hình trong công nghệ ISF được đặc trưng bởi góc biến dạng giới hạn lớn nhất. Độ chính xác về mặt kích thước hình học và chất lượng bề mặt là các yếu tố quan trọng đóng góp và chất lượng của sản phẩm sau dùng.
2.7.2. Ảnh hưởng của vận tốc tiến dụng cụ F đến khả năng biến dạng và chật lượng bề mặt lượng bề mặt
Khi tốc độ tiến dụng cụ tăng thì các ứng suất kéo sẽ tăng lên ảnh hưởng đến khả năng biến dạng khi gia công. Nếu F quá lớn thì lực biến dạng sẽ tăng lên làm rung động dụng cụ tạo hình. Máy gia công bị rung động, giật cục nếu gặp biên dạng phức tạp làm tăng độ nhám và giảm góc giới hạn.
Như vậy nên chọn F ở mức cao trong điều kiện dụng cụ tạo hình có thể chịu được để giảm độ nhám và tăng góc giới hạn. Tăng F cũng có nghĩa là giảm thời gian gia công, tăng năng suất biến dạng tạo hình. Thực tế tăng giá trị F ở mức cao cũng rất khó khăn vì máy phay CNC 3 trục bình thường và lập trình với phầm mềm CAM thông dụng thì máy chỉ chạy đúng giá trị F đối với quỹ đạo thẳng, đường cong. Đối với biên dạng phức tạp, gấp khúc, để đảm bảo độ chính xác, máy phay CNC phải giảm tốc độ thấp mới có thể chuyển hướng di chuyển. Vì thế trong quá trình thiết kế sản phẩm cần chú ý đến điều này và hạn chế bằng cách tránh thiết kế nhiều đường gấp khúc, nếu được nên bo tròn các cạnh gấp khúc bằng một cung lớn hơn bán kính dụng cụ tạo hình.
2.7.3 Ảnh hưởng của tốc độ quay trục chính n lên khả năng tạo hình và chất lượng bề mặt
Khi ta tăng n sẽ xảy ra sự tỏa nhiệt cục bộ tại vị trí gia công làm tăng khả năng biến dạng, do đó sẽ làm tăng khả năng gia công. Tuy nhiên, nếu làm như vậy thì dụng cụ sẽ bị mài mòn rất nhanh và chất bôi trơn sẽ bị đốt cháy. Điều này ảnh hưởng đến an toàn khi gia công.
Trong thí nghiệm của nhóm tác giả M. Durante, A. Formisano, A. Langella, F. Memola Capece Minutolo đã cung cấp những đánh giá ban đầu về hệ số ma sát. Khi dụng cụ không quay thì hệ số ma sat sẽ là 0,19; dụng cụ quay với tốc độ 200 hoặc 400 vòng/phút thì hệ số ma sát sẽ là 0,11; dụng cụ quay với tốc độ 600 hoặc 800 vòng/phút thì hệ số ma sát là 0,06. Thông số n còn ảnh hưởng đến lực tạo hình, ảnh hưởng đến khả năng biến dạng của vật liệu. Các giá trị lực đo được trong thí nghiệm là 460, 440, 390N ứng với tốc độ trục chính lần lượt là 0 vòng/phút, 600 vòng/phút theo chiều kim đồng hồ, vào 600 vòng/phút ngược chiều kim đồng hồ. Như vậy có thể tính được tổng lực từ việc suy ra lực biến dạng theo phương dọc từ những kết luận trên. Thông sô n còn ảnh hưởng đến nhiệt độ. Nhiệt độ sẽ tăng lên khi số vòng quay tăng.
Như vậy, số vòng quay trục chính có ảnh hưởng lên nhiều thông số, ảnh hưởng đến khả năng biến dạng trong quá trình gia công SPIF. Ta cần chọn số vòng quay thích
hợp để có được khả năng biến dạng tốt nhất, mang lại độ chính xác cao cho sản phẩm gia công.
2.7.4 Ảnh hưởng của bước tiến dao dọc ∆ đến khả năng biến dạng và chất lượng bề mặt
Bước tiến ∆Z là bước tiến của dụng cụ tạo hình phương Z của máy CNC, để lại các vết trên bề mặt được hình thành sau mỗi vòng chạy. Để đạt được độ nhám bề mặt theo yêu cầu và cải thiện được góc giới hạn biến dạng thì cần lưu ý một số lựa chọn ∆Z và ảnh hưởng của các lựa chọn đó như sau:
- Nếu vẫn giữ nguyên thông số khác, giảm bước tiến ∆Z nhỏ xuống thì độ nhám giảm xuống nhưng sẽ dẫn đến thời gian biến dạng tạo hình lâu hơn.
- Tăng bước tiến ∆Z lên thì thời gian gia công giảm đi rõ rệt (có thể giảm đi 50% hoặc hơn nữa) và góc giới hạn biến dạng cũng tăng lên vì bề mặt tấm không bị mài mòn, nhưng độ nhám lại tăng không đáng kể (nếu thay bước tiến ∆Z từ 0.1 lên 0.2, thì thời gian gia công sẽ giảm đi một nữa mà không làm ảnh hưởng nhiều đến độ nhám bề mặt).
- Tuy nhiên tăng bước tiến lớn hơn thì lực biến dạng cũng lớn hơn, do đó cần chú ý
đến độ cứng của tấm, bề dày tấm, khả năng chịu quá tải của trục chính và của dụng cụ tạo hình mà chọn bước tiến ∆Z. Tránh tình trạng quá tải làm ảnh hưởng trục vít me hoặc gãy dụng cụ tạo hình. Thường chọn ∆Z < 1mm.
2.7.5 Ảnh hưởng của đường kính dụng cụ tạo hình d đến khả năng biến dạng và chật lượng bề mặt chật lượng bề mặt (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đường kính dụng cụ tạo hình cũng có ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo hình và chất lượng bề mặt của sản phẩm. Vì thế đây cũng là một thông số quan trọng cần phải tính toán ký trước khi lựa chọn.
Theo như đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm dựa trên sự thay đổi đường kính dụng cụ tạo hình trong trường hợp giữ nguyên các thông số công nghệ khác thì:
+ Đường kính dụng cũ nhỏ -> tăng góc giới hạn, tăng độ chính xác biên dạng và
hình dạng sản phẩm, tăng độ nhám bề mặt.
+ Đường kính dụng cụ lớn -> giảm góc giới hạn, giảm độ chính xác biên dạng,
giảm độ nhám bề mặt.
Do đó tùy theo kích thước và hình dạng của từng sản phẩm mà ta chọn giá trị kích thước của đầu dụng cụ tạo hình sao cho thỏa mãn tương đối hai yếu tố trên. Để khắc phục ta có thể sử dụng nhiều đường kính dụng cụ tạo hình cho một sản phẩm.
2.7.6 Ảnh hưởng của loại vật liệu gia công đến khả năng biến dạng và chất lượng bề mặt bề mặt
Đối với một loại vật liệu, nếu khi gia công ta biết được góc biến dạng giới hạn ∝ max, ta có thể xác định được quy trình gia công hợp lý cho chi tiết trong quá trình thiết kế. Điều này giúp quá trình gia công đảm bảo đạt yêu cầu, không xảy ra hiện tượng rách chi tiết.
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để xác định các biểu đồ giới hạn biến dạng (FLD) ứng với các vật liệu khác nhau. Các yếu tố đầu vào trong biểu đồ FLD là tất cả các yếu tố ảnh hưởng lên khả năng biến dạng tấm kim loại trong quá trình gia công ISF. Các yếu tố này được đưa ra dựa trên các cơ sở của quá trình biến dạng như ứng suất, giới hạn chảy của vật liệu và lực tạo hình và bao gồm tốc độ quay của trục chính
n, tốc độ tiến theo phương xy của dụng cụ tạo hình Vf, bước xuống của dụng cụ z và
đường kính dụng cụ d.
2.7.7 Ảnh hưởng của bôi trơn đến khả năng biến dạng và chất lượng bề mặt
Bôi trơn xuất hiện là một nhân tố quan trọng trong tạo hình kim loại tấm. Nó có tác dụng giảm ma sát tại mặt tiếp xúc giữa dụng cụ chi tiết và cải thiện chất lượng bề mặt. Quá trình bôi trơn khác nhau tùy thuộc vào vật liệu tấm và quá trình tạo hình khác nhau (ASM, 2006). Thí nghiệm đã cho thấy, nếu dầu bôi trơn có đặc tính thấp thì vật liệu sẽ bị cào xước và hạt nhỏ kim loại bị chùi. Nó có thể để lại các vết hằn trên bề mặt sản phẩm. Vì vậy, bôi trơn trong ISF khá quan trọng. Tuy nhiên việc lựa chọn thành phần bôi trơn cho những loại vật liệu khác nhau cần nghiên cứu thêm.
Nếu quá trình gia công không đủ chất bôi trơn, nhiệt độ tại vị trí tiếp xúc giữa dụng cụ tạo hình và phôi sẽ tăng cao cục bộ làm tăng khả năng biến dạng, tăng khả năng tạo hình nhưng sẽ gây mòn dụng cụ rất nhanh, chất bôi trơn có khuynh hướng bị đốt cháy, gây ảnh hưởng đến môi trường và tốn kém chi phí trong quá trình gia công.
2.7.8 Ảnh hưởng của đường chạy dụng cụ lên độ nhám bề mặt
Đường chạy dụng cụ đơn giản nhất được mô tả trên hình 2.11. Tất cả các hệ thống CAM 3 trục hiện đại đều có khả năng tạo được dụng cụ đường chạy này.
Hình 2.11: Đường chạy dụng cụ đơn giản nhất được sử dụng trong ISF Cách đơn giản nhất để dịch chuyển theo một đường thằng ở đây dụng cụ di chuyển đến vị trí của phân đoạn tiếp theo mà không tiến xuống (giống tiến theo trục z) và sau đó thực hiện bước xuống dụng cụ. Cách này gây ra đường xuống dụng cụ có thể nhìn thấy được, làm xấu chất lượng của chi tiết đáng kể.
2.7.9 Ảnh hưởng của đường chạy dụng cụ tới năng suất gia công
Đường chạy dụng cụ trong công nghệ ISF có ảnh hưởng rất rõ đến năng suất gia công, với cùng một biên dạng tạo hình mỗi một đường chạy dụng cụ sẽ có một thời gian khác nhau.
Hình 2.12: Hai kiểu đường chạy dụng cụ khác nhau ảnh hưởng khác nhau lên thời gian gia công [13]
Rõ ràng với chiến lược chạy dụng cụ như hình 2.12 (a) thì thời gian gia công sẽ ngắn hơn nhiều so với chiến lược như trong hình 2.12 (b). Nhưng có một vấn đề đặt ra là thời gian nhanh hơn nhưng với chiến lược 2.12 (a) thì độ nhám bề mặt lại tăng rất là nhiều. Do vậy, tùy vào yêu cầu của sản phẩm đặt ra mà chúng ta lựa chọn chiến lược chạy dụng cụ cho phù hợp.
2.8 Chiều dày sản phẩm trong công nghệ ISF
Độ dày của sản phẩm là một giá trị cần được kiểm soát. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến giá trị này mà ảnh hưởng lớn nhất là góc biến dạng. Chiều dày của sản phẩm dọc theo thành tuân theo quy luật sin [4].
tf = tisinα
Hình 2.13: Chiều dày sản phẩm trong công nghệ ISF [4]
Như vậy, khi sản phẩm có yêu cầu về chiều dày sau khi gia công thì ta có thể kiểm soát được thông qua góc giới hạn biến dạng. Từ đó, có thể đảm bảo được cơ tính, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm sau cùng.
2.9 Độ chính xác hình học trong công nghệ ISF
Nét đặc trưng của công nghệ tạo hình cục bộ liên tục là sự đơn giản của trang thiết bị, tuy nhiên kết quả dẫn tới là sự thiếu chính xác của thành phẩm [4] [16]. Trong công nghệ ISF thì các phần của vật liệu không bị biến dạng đồng đều trong suốt quá trình gia công và do đó hình dạng hình học cuối cùng có thể rất khác biệt so với mô hình CAD mong muốn [17]. Trong tài liệu [18], nhóm của Ambrogio tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số quá trình lên mô hình thực nghiệm dạng kim tử tháp cụt. Việc đo đạc được thực hiện trên nhiều mặt cắt, kết quả đã chỉ ra sự khác biệt giữa mô hình CAD và sản phẩm thực:
Hình 2.14: So sánh giữa mô hình lý thuyết và biên dạng thực đo theo các mặt cắt A-O và B-O [18] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong công trình nghiên cứu ở tài liệu [19] chỉ ra rằng độ chính xác hình học của sản phẩm chủ yếu phụ thuộc vào bước tiến dụng cụ và đường kính dụng cụ. Khi ta tăng bước tiến dụng cụ thì hiện tượng trượt sẽ xảy ra mạnh hơn và sự vác mỏng cũng xảy ra mạnh hơn, hai điều kiện này gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt của sản phẩm.
Ngoài ra, còn có sai lệch kích thước hình học trên phương biến dạng phụ do đặc tính co giãn của tấm.
Hình 2.15: Hiệu ứng biến dạng ngược (springback) và hiệu ứng gối
(pillow) cùng các thông số đầu ra K1, K2 để đo đạc hai hiệu ứng [18]
Trong trường hợp này, ta có thể nhận ra rằng trong suốt quá trình thực hiện biến dạng gia tăng, biến dạng xảy ra trên đường di chuyển liên tục ba chiều của dụng cụ tạo hình và đường này thường là tiếp tuyến với các mắt CAD thiết kế.
Chính vì vậy mà ngoài biến dạng đàn hồi ngược (Springback) thông thường, sau khi ta dỡ dụng cụ tạo hình ra khỏi chi tiết sẽ còn xuất hiện các hiệu ứng “gối” (pillow- effect) có thể quan sát trên vùng biến dạng phụ. Quan sát trong hình 2.15 ta thấy được ảnh hưởng của hai hiệu ứng khi cắt ngang mô hình côn thẳng với đường màu đỏ là hình biến dạng sau gia công. Hiệu ứng Springback làm cho đáy hình côn thẳng không
thể đạt được độ cao như mong muốn (thông số K1), còn hiệu ứng gối thì làm cho đáy
hình côn bị vênh với cao độ thấp nhất ở tâm của đáy (thông số K2). Sai số do biến dạng
ngược (K1) chịu ảnh hưởng chủ yếu là do độ dày của tấm kim loại và chiều sâu gia
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ THIẾT BỊ DAO ĐỘNG PZT. 3.1 Giới thiệu chung
Động cơ PZT (piezoelectric): Là loại động cơ điện hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện, trong đó khi có điện trường đặt lên khối vật liệu áp điện sẽ làm thay đổi hình dạng của khối đó, tạo ra cơ năng.
Hình 3.1: Các loại PZT
3.2 Đề xuất sử dụng thiết bị dao động và qua trình miêt CNC3.2.1 Công nghệ miết tấm có dao động hỗ trợ 3.2.1 Công nghệ miết tấm có dao động hỗ trợ
Hiện nay đã có nhiều phương pháp gia công có trợ giúp của siêu âm đã được áp dụng