Dựa vào cơ sở trên ta sẽ là lượt xác định các thơng số tính cơng suất cho bộ nguồn siêu âm như ở bảng 2.3.
Bảng 2. 3. Giá trị các thơng số tính cơng suất nguồn siêu âm
Thông số Giá trị
Năng lượng cắt riêng U (J/mm3) 0,7 Vận tốc cắt Vcmax Chiều sâu cắt to (x10–6) 0,6 Chiều rộng lớp cắt b (mm) 1 Hệ số ảnh hưởng chế độ cắt 1,1 Hệ số ảnh hưởng chiều sâu cắt. 1,6
Trong đề tài này ta sử dụng vật liệu gia công là nhôm với năng lượng cắt riêng U = 0,7 (J/mm3), thực hiện ở chế độ gia công tinh nên hệ số ảnh hưởng chế độ gia công lấy 1,1 .
Trong một chu kỳ dao động, đầu dụng cụ sẽ đưa mũi dao đi qua các đỉnh sóng để loai bỏ các đỉnh sóng cịn lại, như vậy vận tốc cắt cũng chính là vận tốc trên phương dao động, ở đây ta sẽ dùng vận tốc dao động cực đại Vw = Vcmax để tính cơng suất.
Giá trị chiều dày phoi t0 (mm) trước khi cắt (chiều sâu lớp cắt) chính là chiều cao các đỉnh nhấp nhô để lại. Đối với các phương pháp gia công như tiện, phay…chất lượng bề mặt đạt được giá trị tốt nhất từ 0,5 – 6 ��. Như vậy ta có thể lấy giá trị t0 = 6. Ứng với giá trị này, tra biểu đồ trong hình 2.5 ta xác định được giá trị hệ số ảnh hưởng chiều sâu cắt bằng 1.6.
Đối với q trình gia cơng tinh, các loại dao sử dụng có bán kính mũi dao r (mm) rất nhỏ, để có thể len vào giữa các đỉnh nhấp nhô và sang phẳng các đỉnh này
bán kính mũi dao khơng lớn hơn 0.8 mm. Ở đây ta chọn bề rộng lớp cắt bằng bán kính mũi dao với giá trị b = r =1 mm.
Từ các thông số (bảng 2.3) và phương trình (2.12) ta có thể xác định phương trình tính cơng suất cần thiết cho bộ nguồn siêu âm như sau:
�c (W) = 1,1×1,6×�×Vcmax× �×� (2.12) = 7,392×Vcmax
2.5.3! Tính tốn cơng suất, tần số và biên độ dao động.
Việc xác định tần số, biên độ dao động và công suất nguồn siêu âm có ảnh hưởng lẫn nhau, vì vậy cần xác định đồng thời để lựa chọn thông số phù hợp nhất cho hệ siêu âm.
Ở đây ta sẽ đồng thời xác định công suất, và biên độ dao động cho hai tần số phổ biến là 20 kHz và 40 kHz ở các mức vận tốc dao động Vtmax(�/�ℎút) khác nhau. Mục tiêu là tìm ra được chế độ dao động cân bằng với công suất và đạt Vtmax cao nhất.
Từ phương trình (2.9) và (2.12) ta lập được số liệu như ở bảng 2.4.
Bảng 2. 4. Giá trị biên độ dao động và công suất nguồn siêu âm có tần số 20 kHz và 40 kHz ở các giá trị vận tốc dao động vtmax khác nhau
Vận tốc dao động vtmax (m/ph)
Công suất cần thiết Pc (W) Biên độ dao động nhỏ nhất A (μm) 20 kHz 40 kHz 50 6.16 6.6 3.3 100 12.32 13.4 6.7 200 24.64 26.5 13.25 300 36.96 40 20
500 61.6 66 33
Từ Bảng 2.4 thấy được, công suất cần thiết cho nguồn siêu âm là khơng lớn vì vậy để phù hợp với nhu cầu cũng như bài toán về kinh tế hồn tồn có thể chọn các nguồn có cơng suất dưới 100 W.
Về giá trị tần số và biên độ dao động, như đã giới thiệu qua ở chương giới thiệu, các nguồn siêu âm có cơng suất thấp dễ dàng đạt được tần số cao, tuy nhiên việc chế tạo dụng cụ dao động ở biên độ lớn sẽ khó khăn hơn. Ở cùng một vận tốc dao động, tần số 40 kHz sẽ yêu cầu biên độ dao động thấp hơn một nữa so với tần số 20 kHz. Do đó ở cơng suất thấp dưới 100 W ta ưu tiên chọn tần số dao động 40 kHz.
Trong thực tế, việc chế tạo được một đầu rung hoạt động tốt nhất ở tần số thiết kế cũng như đạt được biên độ dao động chính xác theo u cầu là khơng dễ, việc này phụ thuộc vào hình dáng đầu rung, độ khuếch đại cơ học, biên độ ban đầu của đầu siêu âm, mơi trường vận hành, …. Vì vậy mặt dù các thơng số tính tốn theo lý thuyết là khơng lớn ta vẫn cần tính đến các yếu ảnh hưởng khác.
Trong giới hạn của nghiên cứu, một bài toán giả định được đặt ra như sau: Cần gia công các hốc khn khơng thơng suốt, nhỏ, hẹp có đường kính qui đổi dưới 3,0 mm, các bề mặt của hốc khuôn này sẽ được gia ông thô và tinh bằng dao thép gió HSS. Vật liệu chi tiết gia ông giả định là nhôm 6061 hoặc 6063. Độ nhám bề mặt cần đạt Rt dưới 1.6µm.
Giải pháp và chế độ công nghệ gia công thô như sau: Dao cắt Mitsubishi mã số S2SDA0300. Theo thông số của nhà sản xuất như ở hình 2.6 và 2.7 sẽ cho phép cắt nhôm A5052 - A7071 với chế độ cơng nghệ S= 8,200 vịng/phút; F= 410 mm/phút tức là Vc= 77 m/phút, frăng= 0,025 mm/răng. Tuy nhiên với tốc độ cắt này một số thiết bị gia cơng có thể khơng đáp ứng được khi S quá lớn. Giả sử số vịng quay trục chính được điều chỉnh cịn S= 3500 vịng/phút thì các thơng số cơng nghệ sẽ được điều chỉnh lại là Vc= 33 m/phút, F= 175 mm/phút, và chiều sâu cắt theo phương đường kính dao DC= 0,1mm.
Hình 2. 6 Thơng số dụng cụ cắt thơ: 2 lưỡi cắt; đường kính DC=3.0-0.02 mm; chiều sâu lưỡi cắt tối đa APmx= 6 mm; Chiều dài dao LF= 50 và đường kính cán dao Dcon
= 6,0 mm