Vật liệu Chi tiết
Tỷ trọng (��. �� ) Modul đàn hồi (Gpa) Hệ số poison Al 6061 Đẩu rung 2.713 70 0,33 Tungsten alloy Dao cắt 8.674,6 240 0,29 Đồng thau Nút kẹp 8267 102 0,345 Thép không gỉ Bulong kẹp, tấm kẹp sau,
tấm kẹp trước 7750 193 0,31 PZT-4 Khối áp điện 7600 85 0,31 Đồng Điện cực 8.942,5 130 0,34
Phương pháp này sử dụng các phương trình tốn học đại diện cho từng biên dạng hình học của đầu rung để tính tốn chiều dài cộng hưởng của chúng. Các phương trình này được đề cập dưới đây [9].
Trục bậc: L6 =7 != 8 !9 (3.1) Dạng hàm mũ: �: =; !φ1 + (<=∀#∀! > )! (3.2) Dạng côn: �; = 1.1�: (3.3)
Trong đó � là chiều dài bước sóng; � là tần số làm việc; c là tốc độ truyền sóng; D1 và D2 là chiều dài bán kính biên dạng hàm mũ.
b. Phương pháp phần tử hữu hạn
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEA) được giới thiệu bởi Turner và các cộng sự vào năm 1956. Phương pháp này còn được gọi là phương pháp số, được dùng để xác định lời giải gần đúng của các bài toán kỹ thuật từ đơn giản đến phức tạp; có thể xử lý các mơ hình có hình dáng, vật liệu, điều kiện biên và tải trọng bất kỳ. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là chia nhỏ các hình dạng phức tạp của đối tượng cần khảo sát thành một số lượng hữu hạn các phần tử nhỏ, sau đó tiến hành phân tích từng phần tử này. Lời giải của bài toán thu được từ việc tổng hợp các kết quả tính tốn trên.
Phần mềm ANSYS là một trong những công cụ hữu hiệu nhằm giúp giải quyết các bài tốn phân tích mơ hình của các kết cấu cơ học. Trong nghiên cứu này, cơ cấu đầu rung siêu âm hỗ trợ gia công bề mặt nhỏ được phân tích trên mơi trường ANSYS. Mục tiêu của q trình phân tích là tìm ra tần số rung động cộng hưởng và biên độ rung cực đại tại dưỡi dao của thiết bị rung siêu âm. Hai modul chính được sử dụng là
xử điều hịa (Harmonic response analysis). Mơ hình modal analysis được sử dụng để phân tích đặc tính động học của một kết cấu nhằm miều tả dải tần số dao động riêng. Mơ hình harmonic response thì được dùng để xác định giá trị biên độ dao động ứng xử ứng với mỗi tần số dao động khảo sát.
Các bước của việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn được mơ tả ở hình 3.2 dưới đây.
Hình 3. 2. Lưu đồ mô phỏng ANSYS
c. Kết quả nghiên cứu
Từ kết quả mơ phỏng này, ta cũng chọn được kính thước tối ưu của mơ hình đầu rung như hình 3.4
Hình 3. 3. Kết quả mơ phỏng tối ưu
Từ kết quả mơ phỏng bằng ANSYS của [15] như hình 3.3, ta thấy rằng biên độ dạo động chạm đỉnh 1.45 µm tại tần số cộng hưởng 40 kHz. Ta cũng thấy được biên độ này đạt giá trị cực đại tại lưỡi cắt trong khi mode dao động của tồn bộ kết cấu đầu rung siêu âm có dạng dọc trục và ổn định.
Hình 3. 5. Hình ảnh đầu dụng cụ sau khi đã chế tạo thành công
CHƯƠNG 4! PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.1! Giới thiệu
Khi gia cơng tinh các hốc, rãnh hoặc lỗ có kích thước nhỏ, có đường kính qui đổi dưới 3mm khi mà ở điều kiện gia công này với kích thước gia cơng nhỏ sẽ khiến cho tốc độ vịng quay trục chính bị đẩy lên rất cao đặc biệt khi yêu cầu độ nhám bề mặt Ra về dưới 1,6 µm. ví dụ như khi gia cơng tinh nhơm, tốc độ vịng quay trục chính có thể lên đến trên 15.000 vòng/phút như trong Bảng 4.1.