ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN THỊ LỆ HẰNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG
CỦA RUNG ĐỘNG TÍCH CỰC ĐẾN TIỆN CỨNG
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Thái Nguyên - 2014
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên


tiêu cụ thể của nghiên cứu được thể hiện trong mục 0.3. Mục 0.4 tóm
tắt các kết quả chính đã đạt được về cả lý thuyết và thực nghiệm.
Mục cuối cùng giới thiệu cấu trúc của luận văn.
0.1. Vấn đề nghiên cứu
So sánh, đánh giá quá trình tiện cứng truyền thống(Conventional
turning) với tiện cứng có tích hợp rung(Vibration Assisted Machining –
VAM).
Tiêu chí so sánh: (2 tiêu chí)
-Tiêu chí về công nghệ:
+Độ bền dao; Nhiệt cắt;
+Lực cắt; Mức độ bẻ phoi.
-Tiêu chí về độ chính xác gia công:
+Độ chính xác về kích thước;
+Độ chính xác về hình dáng hình học và vi trí
tương quan;
+Nhám bề mặt.
Vì các lý do đã phân tích ở trên tôi mạnh dạn đề xuất đề tài “Đánh
giá ảnh hưởng của rung động tích cực đến tiện cứng” nhằm hiện
thực hóa và kiểm chứng một số ưu điểm của tiện cứng có tích hợp rung
động trợ giúp tại Việt Nam.
0.2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của đề tài này là chủ động công nghệ nhằm triển
khai thực nghiệm bộ tạo rung động trợ giúp cho nguyên công tiện cứng
2

nhằm khẳng định tính ưu việt của phương pháp gia công có rung động trợ
giúp và hiện thực hóa phương pháp gia công tiên tiến này ở Việt Nam.
Mòn, độ nhám, độ tròn và độ trụ của bề mặt tiện được chọn là các chỉ tiêu
chủ yếu đánh giá ưu việt của tiện có rung động trợ giúp so với tiện truyền
thống. Các mục tiêu cụ thể của đề tài là:

là 0,1187 so với 0,4455).Giảm cấp độ nhám từ 1 đến 2 cấp;
o Độ tròn trung bình của các bề mặt tiện cứng truyền thống là
0,014%; trong khi giá trị này ở tiện cứng rung khoảng 0,005%. Nghĩa
là, độ tròn của tiện rung chỉ bằng khoảng gần 1/3 lần so với độ tròn bề
mặt khi tiện thường;
o Độ trụ trung bình của các bề mặt tiện cứng truyền thống là
0,046%; trong khi giá trị này ở tiện cứng có tích hợp rung khoảng
0,026%. Nghĩa là, độ trụ của tiện rung chỉ bằng khoảng gần 1/2 lần so
với độ trụ bề mặt khi tiện thường;
 Kiểm chứng được giả thuyết tiện cứng có rung động có ưu điểm
hơn so với tiện cứng truyền thống theo các tiêu chí: nhám bề mặt, độ chính
xác hình dáng hình học, tình trạng phoi và tuổi bền của dao;
 Thử nghiệm khả năng chủ động công nghệ tạo rung trợ giúp gia
công tiện cứng.
0.4. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần giới thiệu và phần kết luận chung, luận văn được chia
thành 4 chương với các nội dung cơ bản từng chương như sau:
Trong chương 1, giới thiệu tổng quan về tiện cứng, gia công tiện
cứng có rung động trợ giúp có các ưu việt nổi trội so với tiện cứng
truyền thống.Trình bày cơ sở và nguyên tắc khai thác rung siêu âm.
Chương 2, triển khai thực nghiệm cơ cấu tạo rung động trợ giúp
gia công tiện cứng.Nguyên tắc tạo rung và tích hợp rung được nêu ở
đây, phân tích và đưa ra đề xuất triển khai thực nghiệm và kiểm chứng
cơ cấu rung siêu âm tần số cao tích hợp tiện cứng.
4

Chng 3, thit k thớ nghim tin cng.Chng ny núi v cỏc
thit b gia cụng v cỏc thit b o s dng trong thớ nghim, cỏch thu
thp s liu thớ nghiờm v thit k thớ nghim.
Chng 4, trỡnh by trỡnh t thc hin thớ nghim, kt qu thớ


Giảm thời gian chu kỳ gia công một sản phẩm, giảm chi phí
đầu tư thiết bị.

Tăng độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cho chi tiết gia công.

Cho phép nâng cao tốc độ bóc vật liệu (từ 2  4 lần), nâng cao
năng suất gia công.

Gia công được các contour phức tạp.

Cho phép thực hiện nhiều bước gia công trong cùng một lần gá.

Có thể chọn gia công có hoặc không có dung dịch trơn nguội.
Gia công khô tránh được cho phí dung dịch trơn nguội và không có
chất thải ra ra môi trường.
1.2 .Phân tích đánh giá các công bố về khai thác rung động cho gia
công tiện

Machining parameters used: V = 10 m/min, f = 0.1 mm/rev. In UAT: f
= 17.9 kHz, a = 10 m.
6
Vibration 20 kHz, 7 m, 12L14 steel, Vibration 40 kHz, 7 m, 12L14 steel,
Ra = 56 nm. Ra = 36 nm.
Vậy khi tiện rung ở tần số rung thích hợp thì Ra = 36 nm hay Ra
= 0,036m.
1.3.Cơ sở và nguyên tắc khai thác rung siêu âm

kéo sẽ phát sinh điện trường và do vậy điện áp bị phân cực ngược.
Ngược lại, nếu tinh thể được đặt vào một điện trường thì nó sẽ phát
sinh một biến dạng dẻo làm cho chiều dài của tinh thể tăng hoặc giảm
tương ứng với độ phân cực điện trường.
1.6. Kết luận chương
Nhám bề mặt là một thông số quan trọng quyết định đến chất
lượng bề mặt của một quá trình gia công, bởi vì sự thay đổi của nhám bề
mặt kéo theo sự thay đổi của lực cắt, chất lượng bề mặt gia công. Vì vậy
cần nghiên cứu nhám bề mặt để đưa ra chế độ công nghệ hợp lí, sao cho
quá trình tạo phoi là thuận lợi nhất và biến dạng kim loại nhỏ nhất.
Việc sử dụng rung động siêu âm hỗ trợ quá trình cắt một cách hợp
lý có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bề mặt gia công và mòn dụng cụ
cắt. Do rung động siêu âm hỗ trợ quá trình cắt có khả năng làm giảm ma
8

sát giữa dao và phôi cũng như giữa dao và bề mặt gia công, nên có thể
làm giảm mòn một cách đáng kể.
Hơn nữa, rung động siêu âm hỗ trợ quá trình cắt còn có khả
năng làm giảm lực cắt và nhiệt cắt như đã nói ở phần trên. Nên việc sử
dụng rung động siêu âm hỗ trợ quá trình tiện cứng làm tăng độ chính
xác, tăng chất lượng bề mặt gia công, tăng tuổi thọ của dao hay để giảm
lượng mòn dao là rất cần thiết.

9Chương 2
TRIỂN KHAI THỰC NGHIỆM CƠ CẤU
TẠO RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP GIA CÔNG TIỆN CỨNG
Giới thiệu

vào PZT bằng với tần số của hai miếng thạch anh đã ghép nối thì nó sẽ
cộng hưởng.Tần số cộng hưởng của thạch anh tùy thuộc vào hình dáng
và kích thước của các miếng thạch anh.Mỗi tinh thể thạch anh có hai
tần số cộng hưởng đó là tần số cộng hưởng nối tiếp và tần số cộng
hưởng song song.Hai tần số này rất gần nhau và có trị số bền vững làm
cho mạch dao động thạch anh có xung dao động chuẩn hầu như rất ít bị
ảnh hưởng bởi các môi trường bên ngoài.Vì vậy tinh thể thạch anh còn
được gọi là tinh thể gốm áp điện.
Nếu ta đặt lên tinh thể gốm áp điện một hiệu điện thế thì phu thuộc
vào chiều cuả hiệu điện thế đó tinh thể gốm sẽ giãn ra hay nén lại. Và
nếu như ta đặt lên tinh thể gốm một hiệu điện thế xoay chiều thì tinh
thể gốm sẽ nén giãn liên tiếp và dao động theo tần số của hiệu điện thế
xoay chiều, tạo ra áp lực nén và giãn liên tục và môi trường bao quanh
tức là tạo ra sóng âm trong PZT hình 2.1.b. Sóng âm tạo ra trên bề mặt
các tinh thể thạch anh đã ghép nối được truyền trong Hon và lên trên bề
mặt của Hon theo biên dạng hình sin như hình vẽ 2.1.b.Sóng âm được
tạo ra này có đầy đủ các tính chất đặc trưng và các thông số ký thuật
của một sóng cơ học được truyền trong vật rắn.Sóng siêu âm này có các
thông số kỹ thuật ta có thể tính toán và tối ưu được.
11Hop kim nhôm
Thach anh
Hop kim nhôm
Hon

a
-a


rung theo phương pháp tạo rung bằng hiệu ứng áp điện PZT.
2.3. Sơ đồ nguyên lý gia công tiện cứng rung theo phương pháp tạo
rung bằng các PZT.
220V
ULTRASONIC
GENERATOR
PZT
S
n
Dao
phôi
n
Phôi
Rung (f, A)
S
d

Hình 2.3.(a). Sơ đồ nguyên lý gia công tiện cứng rung
2.3.1. Thiết kế, chế tạo thân dao tiện gắn mảnh hợp kim cứng và
chọn mảnh dao
Bản chất của tiện cứng là phôi có độ cứng cao nên không sử
dụng dao thép gió liền con để gia công được vì vậy chọn dao tiện gắn
mảnh hợp kim.
phôi
n
V? trí gá Piezo trên thân dao ti?n
V? trí k?p dao trên đài dao




thiết bị gá rung thực tế
14Hình 2.8. (c) Mô hình đấu nối bộ tạo rung theo hiệu ứng áp điện
Nguyên lý tạo rung động theo hiệu ứng áp điện bằng việc sử
dụng các tấm PZT đã được trình bày ở mục 1.3. Với nguyên lý tạo rung
động này, có thể tạo ra rung động với tần số rất cao (tần số siêu âm, f =
28kHz) và công suất (lực rung) rất lớn và ổn định. Một cơ cấu tạo rung
động theo nguyên lý này đã được thiết kế và chế tạo. Mô hình làm việc
của cơ cấu tạo rung này được thể hiện trên hình 2.8. Theo hình 2.8 (a),
Piezo(cơ cấu tạo rung) được gắn trên phần đầu của dao tiện.Khối gồm dao
tiện (2) và Piezo được gá cách điện trên đài dao (1) của máy tiện.Hai cực
của Piezo được nối với máy phát điện áp xung tần số cao (hình 2.9). Phôi
số (3) được kẹp cách điện trên mâm cặp máy tiện. Ảnh chụp đồ gá lắp trên
máy được minh họa trên hình 2.8(b). Như vậy, khi cung cấp điện áp xung
với tần số f = 28KHz cho các tấm PZT, nhờ hiệu ứng áp điện, các tấm này
sẽ biến dạng tạo ra rung động theo tần số f và biên độ A, rung động này
được truyền lên lưỡi cắt của dao tiện và tham gia vào quá trình tiện rung.
2.3.4. Máy phát điện áp xung
Bộ tạo rung PZT đã thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh, song để bộ tạo
rung có thể hoạt động được và điều khiển theo yêu cầu, cần thiết phải
cung cấp cho các PZT một điện áp xung có thể điều chỉnh giá trị điện
áp và tần số dòng điện một cách dễ dàng. Do vậy, một máy phát điện
15

áp xung tần số cao điều chỉnh được tần số đã được sử dụng, đó là máy
Ultrasonic Generator do Beijing Ultrasonic sản xuất với công suất
1200W, tần số phát điện áp xung là 19 kHz; 28 kHz; 35 kHz và 40
kHz . Máy chạy điện áp đầu vào 110-120V/60Hz, dòng định mức là

liệu sau gia công. Mục 3.4 trình bày về thiết kế thí nghiệm tiện cứng và
tính toán số lượng mẫu thí nghiệm. Mục cuối cùng của chương tóm tắt
các kết luận của chương.
3.1.Thiết bị gia công
Để so sánh hiệu quả quá trình tiện cứng tích hợp rung động so với
tiện cứng truyền thống, tiến hành thí nghiệm tiện thép hợp kim 9XC đã
tôi trên máy tiện MAZAK (hình 3.1) với dao tiện thép gió gắn mảnh
hợp kim cứng như đã trình bày ở mục 2.3 ở trên và đo xác định các
thông số của các phôi tiện và đặc điểm phoi trên các dụng cụ đo tại
phòng thí nghiệm của trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp- Đại học
Thái Nguyên. Các thiết bị cho qua trình thí nghiệm cụ thể như sau:
3.1.1.Máy tiện MAZAK:
3.1.2.Dao tiện có tích hợp rung
3.1.3. Phôi gia công
Bảng 3.2.(b). Cơ tính của phôi gia công
Mác vật
liệu
Độ bền
(MPa)
Độ cứng
HRC
Độ dãn dài
tương đối
(%)
Mô đun đàn
hồi
(GPa)
Thép
9XC
214 58 -60 5 70.3

0,1
)
2
(σ/δ)
2
= (1,64 + 1,28)
2
.1 = 8,57 ≈ 9
Số lượng mẫu cho thực nghiệm so sánh được lấy bằng hai lần giá trị tính
theo công thức trên.Vậy số lượng mẫu thí nghiệm tính toán được là 18 mẫu.
3.4.2. Tính toán số lượng mẫu thí nghiệm bằng máy
18Hình 3.11. Tính toán số lượng mẫu thí nghiệm cần thiết
Vậy số lượng mẫu thí nghiệm tính toán được là 18 mẫu.
3.5. Kết luận chương
Với quy trình tính toán, thiết kế, chế tạo bộ tạo rung động siêu
âm tích hợp cho tiện cứng đã nêu ở chương 2 và việc thiết kế thí
nghiệm được trình bày ở chương này thì mọi công việc chuẩn bị cho
một quy trình gia công tiện cứng có tích hợp rung siêu âm cơ bản được
sẵn sàng gia công và có độ tin cậy cao.

Chương 4

THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Chương 4 trình bày về các bước tiến hành thí nghiệm tiện cứng các
mẫu thép hợp kim 9XC đã tôi có độ cứng 58-60 HRC với 2 phương
pháp tiện khác nhau: tiện truyền thống và tiện có rung động trợ giúp.

phoi, bề mặt phôi;
- Đánh ký hiệu R ở mặt đầu phôi đối với các phôi tiện có rung
động tích hợp;
- Làm tương tự cho mẫu còn lại.
Chế độ công nghệ
Tốc độ quay trục chính: n = 1050 v/p, lượng chạy dao S
v
= 0.2 mm/v
Chế độ bôi trơn làm nguội
Không sử dụng bôi trơn, làm nguội
4.2. Các kết quả thực nghiệm
o Rung động cưỡng bức làm tăng khả năng bẻ phoi cho tiện
cứng, phoi tiện có rung thường là phoi vụn;
o Sơ bộ đánh giá tuổi bền dao: Độ mòn mảnh dao của tiện cứng
có rung chỉ bằng khoảng 1/3 so với tiện cứng truyền thống(so sánh trên
cùng một thể tích kim loại bị bóc đi là 7.5 mm
3
);
20

o Nhám bề mặt chi tiết tiện cứng rung so với tiện cứng truyền
thống không những có giá trị trung bình nhỏ hơn (0,7054% so với
1,302%) mà còn có phạm vi phân tán nhỏ hơn hẳn (Độ lệch chuẩn chỉ
là 0,1187 so với 0,4455).Giảm cấp độ nhám từ 1 đến 2 cấp;
o Độ tròn trung bình của các bề mặt tiện cứng truyền thống là
0,014%; trong khi giá trị này ở tiện cứng rung khoảng 0,005%. Nghĩa
là, độ tròn của tiện rung chỉ bằng khoảng gần 1/3 lần so với độ tròn bề
mặt khi tiện thường;
4.3. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm
Để đánh giá so sánh độ nhám bề mặt giữa hai phương án tiện, sử

Hình 4.7. Kết quả so sánh độ nhám bề mặt
21Hình 4.9. Phân bố độ nhám bề mặt; nét liền cho bề mặt tiện thường, nét
đứt cho bề mặt tiện rung
Qua kết quả thống kê trên hình 4.7, có thể thấy, độ nhám trung
bình của các bề mặt tiện thường là 1,302%; trong khi giá trị này ở tiện
rung khoảng 0,7054%. Nghĩa là, độ nhám của tiện rung chỉ bằng
khoảng 1/2 lần so với độ nhám bề mặt khi tiện thường.

Hình 4.10. Kết quả so sánh độ tròn bề mặt tiện
Kết quả thống kê trên hình 4.10, có thể thấy, độ tròn trung bình
của các bề mặt tiện thường là 0,014%; trong khi giá trị này ở tiện rung
khoảng 0,005%. Nghĩa là, độ tròn của tiện rung chỉ bằng khoảng gần
1/3 lần so với độ tròn bề mặt khi tiện thường.
22Hình 4.11. Phân bố độ tròn bề mặt; nét liền cho bề mặt tiện thường, nét
đứt cho bề mặt tiện rung
Hình 4.11, thấy rằng độ tròn bề mặt tiện rung so với tiện
thường không những có giá trị trung bình nhỏ hơn (0,0053% so với
0,013%) mà còn có phạm vi phân tán nhỏ hơn hẳn (Độ lệch chuẩn chỉ
là 0,002 so với 0,007). Vậy tập các bề mặt trụ ngoài của tiện rung có
giá trị ổn định hơn nhiều so với các bề mặt trụ tiện thường.

Hình 4.12. Kết quả so sánh độ trụ bề mặt tiện
Kết quả thống kê trên hình 4.12, có thể thấy, độ trụ trung bình
của các bề mặt tiện thường là 0,046%; trong khi giá trị này ở tiện rung