-0-
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP PHAN VĂN NGHỊ
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CƠ CẤU TẠO RUNG ĐỘNG TRỢ
GIÚP GIA CÔNG CƠ

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT



Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn
tại: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐHTN
Ngày 9 tháng 3 năm 2013 -2-
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, hợp kim nhôm đang được sử dụng ngày càng rộng rãi
trong các lĩnh vực công nghiệp. Gia công cắt gọt hợp kim nhôm nói
chung thường dễ dàng và có năng suất cắt cao hơn so với gia công
thép và các hợp kim đen. Tuy nhiên, do tính dẻo của hợp kim nhôm,
gia công khoan vật liệu này thường gặp phải các vấn đề về năng suất
và chất lượng lỗ khoan. Trong quá trình khoan, phoi không thể thoát
ra khỏi vùng cắt một cách tự do như trong các dạng gia công khác.
Phoi (thường là phoi dây) có ma sát mạnh với mặt trước mũi khoan,
rãnh xoắn thoát phoi và thành lỗ khoan, càng cản trở dòng phoi thoát
ra, bám chặt vào rãnh xoắn làm tăng mô men xoắn và do vậy lực ma
sát làm tăng đáng kể lực cắt. Điều này có thể gây kẹt hoặc gãy mũi
khoan. Hơn nữa, dòng ma sát của phoi dây lên thành lỗ khoan khi
phoi thoát ra sẽ cào xước vào bề mặt lỗ khoan làm tăng độ nhám bề

với quá trình khoan thường.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
- Máy: Máy phay đứng MAZAK M-800
- Cơ cấu tạo rung động: 2 cơ cấu khác nhau do tác giả thiết
kế, chế tạo
- Vật liệu gia công: Hợp kim nhôm A5052
- Mũi khoan: Mũi khoan thường D1.5 mm
2.3. Phương pháp nghiên cứu

-4-
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm
III. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
3.1. Ý nghĩa khoa học
1. Tổng quan cơ sở, nghiên cứu đã triển khai về rung
động trợ giúp khoan;
2. Khẳng định được ưu điểm vượt trội của khoan có rung
động trợ giúp so với khoan thường thông qua các số
liệu thực nghiệm;
3. Khái quát hóa khả năng chủ động công nghệ tạo rung
hỗ trợ khoan các vật liệu dẻo;
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Gia công với rung động trợ giúp có rất nhiều ưu điểm vượt trội
so với phương pháp gia công truyền thống, nhất là với vật liệu dẻo và
vật liệu khó gia công. Vì vậy, cơ cấu tạo rung động này có thể phát
triển để ứng dụng cho khoan và các nguyên công khác với các loại
vật liệu dẻo như nhôm, đồng và các hợp kim của chúng cũng như các
loại vật liệu khó gia công như thép không gỉ, hợp kim Titan, Niken…

1.3.1 Phƣơng pháp cắt tích hợp siêu âm kiểu truyền thống
(CUVC)

-6-

1.3.2 Phƣơng pháp cắt tích hợp rung siêu âm kiểu elip (UEVC)

1.3.3. So sánh giữa các phƣơng pháp: cắt truyền thống (CC),
CUCV và UECV
STT
Phƣơng pháp
Thôngsố
Gia công truyền
thống
Gia công với
rung siêu âm
truyền thống
Gia công với
rung siêu âm
kiểu elip
1
Lực cắt
Rất cao
Thấp
Rất thấp
2
Mòn dụng cụ cắt
Rất cao
Thấp
Rất thấp

1.4.1. Tạo rung động bằng li tâm cơ khí
1.4.2. Tạo rung động bằng lực từ trƣờng
1.4.3. Tạo rung động bằng truyền dẫn lệch tâm (khứ hồi)
1.4.4. Tạo rung động bằng truyền dẫn khí nén hay thủy lực
1.4.5. Tạo rung động bằng việc ứng dụng hiệu ứng áp điện
1.4.5.1. Hiệu ứng áp điện trong vật liệu gốm
1.4.5.2. Các tính toán cơ bản về các cơ cấu PZT
1.4.5.3. Các cơ cấu PZT với độ bền thấp và tải nhỏ
1.5. So sánh, lựa chọn phƣơng pháp tạo rung để thiết kế, chế tạo
và thử nghiệm
1.6. Kết luận chƣơng
Chương này trình bày về tầm quan trọng và tính cấp thiết
của phương pháp gia công có rung động trợ giúp. Các phương pháp
tạo rung động cưỡng bức đã được liệt kê và phân tích. Hiện có 5
phương pháp tạo rung động lần lượt theo các nguyên lý: tạo rung
bằng li tâm cơ khí, tạo rung bằng truyền dẫn lệch tâm, tạo rung bằng
thủy lực, khí nén, tạo rung bằng lực điện từ và tạo rung siêu âm bằng
hiệu ứng áp điện.
Cuối cùng, bằng các phân tích và kết hợp với điều kiện thực
tế, phương pháp tạo rung động bằng li tâm cơ khí và phương pháp
tạo rung bằng các PZT đã được chọn để thiết kế, chế tạo và thử
nghiệm.
-8-
Chƣơng 2
CÁC KHÓ KHĂN KHI KHOAN LỖ NHỎ
TRÊN HỢP KIM NHÔM
2.1. Giới thiệu

2.5. Kết luận chƣơng
Chương này đã trình bày tổng quan về nhôm và hợp kim
nhôm, các khó khăn khi khoan các hợp kim của chúng. Đây là loại
vật liệu đang được dùng phổ biến trong công nghiệp nói chung và
đặc biệt là ngành công nghiệp hàng không. Mặc dù đây là loại vật
liệu nói chung có tính gia công cao nhưng riêng với khoan, lại gặp
một số vấn đề, nhất là vấn đề về phoi.
Chương 2 cũng đã đưa ra hướng giải quyết để nâng cao tính
công nghệ khi khoan nhôm và hợp kim nhôm bằng cách áp dụng
rung động lên chính quá trình khoan này. -10-
Chƣơng 3
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CƠ CẤU
TẠO RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP KHOAN
3.1. Giới thiệu
Chương này trình bày về nguyên lý làm việc, thiết kế mô
hình và các bước thiết kế cũng như chế tạo các chi tiết của cơ cấu tạo
rung động đặt lên phôi khi khoan. Hai cơ cấu tạo rung động theo hai
phương pháp tạo rung động là phương pháp tạo rung theo nguyên lý
li tâm cơ khí và phương pháp tạo rung bằng các PZT được thiết kế,
chế tạo và đưa vào thử nghiệm. Các bước lắp ghép các chi tiết thành
cơ cấu tạo rung động hoàn chỉnh cũng được trình bày.
Phần 3.2 trình bày về mô hình khoan được trợ giúp bởi rung
động cưỡng bức. Phần 3.3 trình bày về mô hình, tính toán và các
bước tiến hành thiết kế và chế tạo các chi tiết cho cơ cấu tạo rung
động bằng việc sử dụng các tấm PZT. Phần tiếp theo đưa ra mô hình
khoan với sự trợ giúp của rung động được tạo ra bởi bánh lệch tâm
quay, tính toán mô hình này và đưa ra các bước thiết kế và chế tạo

3.4.12.Tính toán lực quán tính li tâm để tạo ra và duy trì rung
động
3.5. Kết luận chƣơng
Chương này đã trình bày 2 thiết kế bộ tạo rung động lần lượt
theo 2 nguyên lý khác nhau: Nguyên lý tạo rung bằng việc ứng dụng
hiệu ứng áp điện và nguyên lý tạo rung bằng li tâm cơ khí. Sau khi
thiết kế, 2 cơ cấu này đã được chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh. Tuy
nhiên, do chưa làm chủ được hoàn toàn việc điều khiển cơ cấu tạo
rung siêu âm, là cơ cấu làm việc theo hiệu ứng áp điện, nên chỉ cơ
cấu tạo rung theo nguyên lý li tâm cơ khí được chọn để thử nghiệm
so sánh quá trình khoan được rung động trợ giúp và quá trình khoan
truyền thống. -13-
Chƣơng 4
THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA RUNG ĐỘNG
TRỢ GIÚP KHOAN HỢP KIM NHÔM
4.1. Giới thiệu
Chương 4 trình bày về các bước tiến hành thí nghiệm khoan các
mẫu hợp kim nhôm A5052 với 2 phương pháp khoan khác nhau:
khoan thường và khoan có rung động trợ giúp. Sau khi thí nghiệm,
tiến hành đo đạc đường kính lỗ khoan, cắt dây qua thành lỗ khoan để
so sánh hiệu quả của 2 phương pháp khoan.
-16-
4.3.6. Chất lƣợng bề mặt lỗ sau khoan và vấn đề ba via mép cuối
lỗ

4.4. Kết luận chƣơng
Chương này trình bày các bước chuẩn bị thí nghiệm cũng
như quá trình thí nghiệm khoan theo 2 phương pháp: khoan thường
và khoan có rung động trợ giúp trên 2 mẫu phôi hợp kim nhôm
A5052, đại diện cho loại vật liệu dẻo. Sau khi thí nghiệm, tiến hành
đo đường kính tất cả các mẫu khoan để tiến hành xử lý kết quả trên
phần mềm Minitab16.0. Kết quả đo đạc, xử lý số liệu cho kết luận
quan trọng: Khoan có rung động trợ giúp có thể giảm độ lay rộng lỗ
đến 3 lần so với khoan thường; còn với việc giảm độ không tròn của
lỗ khoan, phương pháp khoan rung giảm được 2 lần so với khoan
thường. Các kết quả thí nghiệm còn chứng tở rằng, khoan có rung
động trợ giúp cải thiện đáng kể độ ổn định kích thước lỗ khoan, độ
xiên lỗ, dạng phoi, chất lượng bề mặt cũng như vấn đề ba via thành
lỗ so với phương pháp khoan thường.

-17-
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
Các kết quả chính đã đạt đƣợc
Hai cơ cấu tạo rung động trợ giúp cho khoan theo 2 nguyên lý
tạo rung động là rung dựa trên nguyên lý li tâm cơ khí (tần số thấp)
và rung siêu âm (tần số cao) đã được phân tích, lựa chọn thiết kế và

hơn, phù hợp với khả năng chế tạo và sử dụng trong
nước;
 Tối ưu hóa thông số rung, thông số công nghệ đa mục
tiêu;
 Thử nghiệm gia công lỗ sâu có tỷ số L/D lớn hơn;
 Thử nghiệm cho các loại vật liệu khó gia công khác
nhau;