Thí nghiệm được tiến hành trên máy tiện CNMA 120404. Thông số UVT của đầu rung UP -1200 (Chromtech) f = 20 kHz, a = 20 µm; cường độ công suất phát 5 mức từ 20 -100%. Kết quả phân tích ANOVA cho thấy cường độ rung và lượng chạy dao ảnh hưởng đáng kể đến việc tạo ứng suất dư. Giá trị giảm ứng suất dư trên mô hình dự đoán với sai số lớn nhất ± 27,79 %. Giá trị ứng suất dư lớn nhất và nhỏ nhất lần lượt là 802,29 MPa và -696 MPa. Dữ liệu phân tích thí nghiệm đạt mức tin cậy tới 95%. Chế độ cắt tối ưu (lượng chạy dao 0,1 mm/vòng; tốc độ cắt 30 m/phút) và cường độ công suất phát khoảng 60% được xác định để đảm bảo hiệu quả giảm ứng suất dư cao nhất.
M. R. Ibrahim (2014) [32] phân tích thí nghiệm UVT với một đề xuất dụng cụ cải tiến khi tiện hợp kim nhôm 6061-T6. Sử dụng bộ phát rung PPA10M dạng các tấm mỏng xếp chồng (piezo stack actuator) với tần số 20 kHz, minh họa như hình 2.34. Thí nghiệm được tiến hành ở hai chế độ có rung siêu âm trợ giúp và không có rung, có và không bôi trơn, trên máy tiện Mitutoyo SJ400. Thông số UVT được thiết lập bao gồm: biên độ rung của bộ phát rung là 0,5 – 1 µm (ứng với điện áp đặt vào 15 V và 7,5 V) trên dải tần số 20, 40 và 50 kHz; tốc độ trục chính 540 vòng /phút; lượng chạy dao 0,1 mm/vòng; chiều sâu cắt 0,3 mm. Kết quả thí nghiệm cho thấy độ nhám bề mặt khi tiện bằng UAT nhỏ hơn so với tiện truyền thống ở cả hai chế độ có và không bôi trơn. Nghiên cứu cũng chỉ ra trong dải khảo sát, khi tần số rung càng cao thì độ nhám càng lớn.
Hình 2.34. Mô hình thí nghiệm với kết cấu dao tiện mới cho tiện trụ ngoài [32]
Tiểu kết: Đã có rất nhiều nghiên cứu triển khai, đánh giá ứng dụng rung động siêu âm trợ giúp các loại hình gia công khác nhau. Các nghiên cứu đều chỉ ra các lợi ích do bổ sung rung động siêu âm mang lại. Tuy nhiên, về mặt kết cấu, hầu hết các bộ gá kẹp đầu rung mang dụng cụ trong các nghiên cứu đều chưa được quan tâm đến khuôn khổ kích thước và tính tiện dụng. Đặc biệt khi gia công trên máy tiện vạn năng, đầu rung nên được gá kẹp trên đài dao thay vì thay thế đài dao như trong nhiều nghiên cứu. Việc gá dao tiện rung trên đài dao sẽ cho phép gia công được nhiều bề mặt nhờ sử dụng nhiều dụng cụ tại các vị trí khác nhau. Thêm nữa, khi gia
công đồng thời cả mặt trụ hay mặt đầu, hay gia công mặt lỗ côn bằng bàn trượt dọc, việc gá được dao trên đài dao sẽ thuận tiện hơn hẳn so với phương án thay thế đài dao bằng cụm đầu rung. Nghiên cứu của Ibrahim [32] (Hình 2.34) đề xuất một kết cấu khá nhỏ gọn, tuy nhiên công suất của bộ phát rung dạng Piezo nhiều tấm mỏng là rất yếu; đồng thời rất khó ứng dụng cho tiện lỗ. Kết cấu của Rimkevičienė [29] (Hình 2.30) rất tiện lợi khi gá đặt, gia công nhưng đòi hỏi tính toán và chế tạo thân dao chính xác về kích thước, đồng thời rất khó khăn khi cần mài lại dao. Nghiên cứu này sẽ đề xuất một kết cấu phù hợp hơn, khắc phục những tồn tại trên.
Thiết kế mới được đề xuất dựa trên cơ sở phân tích, đảm bảo nguyên lý hoạt động của bộ phận tạo rung và khuếch đại rung. Các nguyên tắc kết cấu được trình bày như dưới đây.
2.5. Hệ thống thiết bị tạo rung trợ giúp gia công
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo chung của một hệ thống rung siêu âm trợ giúp gia công nói chung, được minh họa như hình 2.35.