6.1.Giới thiệu các bộ phận PZT:
6.1.1.Bộ khuếch đại nguồn điện:
- HVPZT-POWER-AMPLIFIER là thiết bị có chức năng chuyển đổi nguồn điện (100÷250 V, 50÷60 Hz) thành nguồn điện có tần số siêu âm.
Hình 6.1: HVPZT-POWER-AMPLIFIER
6.1.2.Bộ điều khiển:
- Thông thường, hai thông số của máy được quan tâm là công suất và dải tần số làm việc. Ngồi ra một số tính năng khác cũng được quan tâm như: chức năng tự động quét tần số cộng hưởng, chức năng tự động điều chỉnh tần số khi tải thay đổi và chức
65
năng điều khiển bằng máy tính v.v.
Hình 6.2: Bộ điều khiển rung động
6.1.3 Bộ chuyển đổi siêu âm:
- Bộ chuyển đổi siêu âm (Ultrasonic Transducer) có chức năng chuyển đổi năng lượng điện siêu âm thành dao động cơ học với tần số siêu âm.
66
6.2Thiết kế đồ gá cho bộ phận tạo rung động siêu âm: 6.2.1Đo kích thước đồ gá dao trên máy tiện
- Dựa vào kích thước đồ gá thơng thường trên máy tiện, thiết kế đồ gá bộ phận hỗ trợ rung động cho cán dao.
67
6.2.2.Mô phỏng lắp ráp bằng phần mềm Inventor:
- Mơ phỏng trên phần mềm nhằm mục đích tìm ra kích thước đồ gá để khi gá đặt bộ phận hỗ trợ rung động tiếp xúc với cán dao ở vị trí phù hợp và hoạt động hiệu quả.
Hình 6.5: Mơ phỏng gá đặt mơ hình
6.2.3.Bản vẽ chi tiết :
68 6.3.Tiến hành thí nghiệm: 6.3.1Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm: 7 5 6 4 3 2 1 8 9 10 11 12 13 14 15 Hình 6.7: Dụng cụ thí nghiệm
Số 1: Bộ điều khiển trung tâm của PZT Số 2: Thiết bị tạo rung động của PZT Số 3: Cờ lê
Số 4: Cờ lê Số 5: Mỏ lếch
Số 6: Tay siết mâm cặp Số 7: Tay siết bàn dao Số 8: Thước kẹp
Số 9: Đầu rung tạo dao động cảu PZT Số 10: Phôi
Số 11: Đồ gá cảu PZT Số 12: Dao tiện phá thô Số 13: Lông đền chêm PZT
Số 14: Cán dao tiện có tích hợp khớp nối mềm Số 15: Lục giác
69
6.3.2.Lắp đặt mơ hình thí nghiệm:
70
6.3.3.Quy trình thí nghiệm:
- Thí nghiệm được chia thành hai phần và thực hiện trên hai phơi INOX304 đường kính Φ30
- Tiện với rung động hỗ trợ có điện áp 2V và tầng số lần lượt 1kHz, 1.5kHz, 2kHz.
Hình 6.10: Tiện với điện áp 2V
- Để đạt được kết quả mang tính khách quan thì ta sẽ so sánh với việc gia cơng khi khơng có sự hỗ trợ của thiết bị PZT, các thơng số khi tiện bình thường có giải nhiệt bằng nước làm nguội
SPINDLE SPEED (rpm)
FEED RATE (mm/rev) DEPTH OF CUT (mm)
800 0.06 0.5
Bảng 6.3: Thơng số tiện khơng có dao động
- Thơng số tiện khi có dao động hỗ trợ được thể hiện ở bảng 6.4:
PIEZO ACTUATOR SETUP LATHE MACHINE SETUP
AMPLITUDE FREQUENCY (Hz) SPINDLE SPEED (rpm) FEED RATE (mm/rev) DEATH OF CUT (mm) Voltage (V) 2 1k, 1.5k, 2k 800 0.06 0.5
71
6.4.Kết quả thí nghiệm: - Sau khi gia cơng:
Hình 6.11: Phơi khi gia cơng khơng có dao động
Hình 6.12: Phơi khi gia cơng có dao động
– Khi tiến hành thí nghiệm ta sẽ thu được phoi rơi ra trong q trình gia cơng, thu lại ta sẽ được kết quả sau đây:
Phoi khi gia cơng khơng có dao động hỗ trợ: Có dạng dây dài như hình 6.13 1kHz 1,5kHz 2kHz
72
Hình 6.13: Phoi khi gia cơng khơng có dao động hỗ trợ
Phoi khi gia công với dao động ở tần số 1kHz: Phoi đứt đoạn dài khoảng 5cm:
Hình 6.14. Phoi khi gia cơng ở tần số 1kHz
Phoi khi gia công với dao động ở tần số 1,5kHz: Phoi khi tiện là phoi vụn nhỏ với độ dài khoảng 1cm
Hình 6.15. Phoi khi gia công ở tần số 1,5kHz
Phoi khi gia công với dao động ở tần số 2kHz: Ở tần số này phoi khi tiện là phoi vụn nhỏ hơn ở tần số 1,5kHz với độ dài khoảng 0,5cm
73
Hình 6.16. Phoi khi gia cơng ở tần số 2kHz
- Nhận xét:
Khi so sánh kết quả khi tiện có dao động hỗ trợ và khơng có dao động hỗ trợ thì nhóm nhận thấy chất lượng bề mặt của phơi khi gia cơng có dao động hỗ trợ được cải thiện hơn nhưng không đáng kể so với khi ta gia cơng bình thường cùng một điều kiện khơng có dao động hỗ trợ.
Khi tiện có dao động hỗ trợ thì phoi rớt ra là phoi vụn hạn chế tối đa việc hình thành phoi dây, phoi dây rất nguy hiểm tới q tình tiện có thể gây ra rối dây dẫn đến gãy dao và ảnh hưởng đến bề mặt chi tiết gia công
Đánh giá bằng mắt thường ta nhận thấy khi tiện có dao động hỗ trợ thì mãnh dao ít bị cháy hơn khi tiện bình thường.
74
Chương 7: KẾT LUẬN 7.1 Kết quả đạt được:
- Đề tài đã góp phần hồn thiện thêm các kiến thức về gia cơng cắt gọt, đặc biệt là tiện bề mặt inox304 có trợ giúp của rung động siêu âm, cụ thể là:
- Khẳng định được tác động tích cực của rung động đến chất lượng bề mặt, độ bền dao cắt và phoi tạo thành khi gia cơng góp phần tạo an tồn khi gia công.
- Làm rõ đặc tính bám dính và hiện tượng kẹt phoi làm giảm khả năng khi tiện các vật liệu hợp kim dẻo như inox.
- Các kết quả thu được của đề tài cũng hình thành cơ sở lý thuyết và thực nghiệm cho các nghiên cứu tiếp sau. Kết quả của đề tài cũng có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy và nghiên cứu khoa học.
- Tuy nhiên, đề tài đã chỉ ra nhiều vấn đề cịn tồn tại và khó khăn khi áp dụng cơng nghệ này chẳng hạn như: sự tương thích giữa các thông số rung của cơ cấu rung với các thông số gia công, cách thiết lập một cơ cấu rung cho gia công cắt gọt v.v;
7.2 Ý nghĩa thực tiễn
- Đề tài đã ứng dụng thành cơng phương pháp tiện có dao động hỗ trợ. Kết quả thu được có thể áp dụng trực tiếp vào sản xuất để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình tiện, đặc biệt trong gia công cắt gọt.
7.3 Hướng phát triển của đề tài:
- Theo nhận định của nhóm, đề tài ứng dụng dao động trợ giúp gia công là một đề tài mới mẻ của đất nươc, do vậy các nội dung đã thực hiện có ý nghĩa cơ sở tham khảo để tiếp tục duy trì và phát triển cho các nghiên cứu tiếp theo.
- Từ nghiên cứu tổng quan cho thấy, ở thời điểm hiện tại nhiều công bố về lĩnh vực dao động trợ giúp gia cơng vẫn được cơng bố trên các tạp chí có uy tín. Điều này cho thấy, lĩnh vực này cịn nhiều tồn tại cần nghiên cứu để hồn thiện cơng nghệ. - - Do đó, nhóm nghiên cứu đề xuất một số định hướng tiếp tục phát triển đề tài như sau:
-Tiếp tục đầu tư các thiết bị đo nhằm đánh giá và hiệu chỉnh cơ cấu rung
-Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện và chế tạo cơ cấu rung siêu âm trợ giúp gia cơng có kích thước nhỏ gọn, có khả năng tích hợp trên nhiều máy công cụ khác nhau
-Nghiên cứu, áp dụng công nghệ dao động siêu âm trợ giúp gia công cắt gọt trên các loại vật liệu mới và vật liệu đặc biệt trong các ứng dụng hàng không và y tế v.v;
75
TÀI LIỆU TRÍCH DẪN
[1] Y.M. Li and Q.S. Xu: Mechanism and Machine Theory, Vol. 44(2009), pp. 2125-2152
[2] Z.Y. Nia, D.W. Zhang and Y.J. Wu: Precision Engineering, Vol. 34 (2010), No.1, pp. 133–138]
[3] C.G. Li, J.J You, H.T.Wu: China Mechanical Engineering, Vol. 22 (2011), No.2, pp.231-23 (in Chinese).
[4] N. Lobontiu, J. Paine, E. Garcia, M. Goldfarb: Mech. Mach. Theory, Vol. 37 (2002), pp.477–498.
[5] N. Lobontiu, J.S.N. Paine, E. O’Malley: Precision Engineering, Vol.26 (2002), No.2, pp. 183–192]
[5] Jian Chen, Xiaojian Yuan, Hong Hu et al. Design of Bridge-Type Displacement Amplifier with Right-Circle Flexural Hinges 226-228 (2017)
[6] [Niezrecki C, Brei D, Balakrishnan S, et al. Piezoelectric actuation: state of the art[J]. The shock and vibration digest, 2001, 33(4): 269-280.)]
[7] Jouaneh M, Yang R. Modeling of flexure-hinge type lever mechanisms[J]. Precision Engineering, 2003, 27(4): 407-418.
[8] Chu C L, Fan S H. A novel long-travel piezoelectric-driven linear nanopositioning stage[J]. Precision Engineering, 2006, 30(1): 85-95.,]
[9] Ma H W, Yao S M, Wang L Q, et al. Analysis of the displacement amplification ratio of bridge-type flexure hinge[J]. Sensors and Actuators A: Physical, 2006, 132(2): 730-736.
[10] Xu Q, Li Y. Analytical modeling, optimization and testing of a compound bridge-type compliant displacement amplifier[J]. Mechanism and Machine Theory, 2011, 46(2): 183-200.
[11] [Paros J M. How to design flexure hinges[J]. Mach des, 1965, 37: 151156.] [12] Wu Y, Zhou Z. Design calculations for flexure hinges[J]. Review of scientific instruments, 2002, 73(8): 3101-3106.
76 Handbook_of_Compliant_Mechanisms
[13] Sổ Tay Công Nghệ Chế Tạo Máy Quyển II [14] Bách khoa toàn thư Wikipedia.org
[15] Sức bền vật liệu và kết cấu tác giả Nguyễn Đình Đức và Đào Như Mai (NXB Khoa học Kỹ thuật)