THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ
ĐẦU RUNG SIÊU ÂM
NGÔ QUỐC HUY
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. HỒ KÝ THANH
2. PGS.TS NGUYỄN VĂN DỰ
NĂM 2017
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới hai giáo viên hướng dẫn khoa học là
PGS.TS. Nguyễn Văn Dự và TS. Hồ Ký Thanh. Trong suốt quãng thời gian thực
hiện đề tài, các Thầy đã tận tình hướng dẫn, truyền cảm hứng và giúp đỡ triển khai ý
tưởng thiết kế. Bằng tất cả nhiệt huyết truyền đạt từ các Thầy, em đã học hỏi rút được
nhiều kinh nghiệm trong phát triển kiến thức, kỹ năng và hoạt động nghiên cứu khoa
học.
Em muốn gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giao trong Khoa Cơ khí –
Trường đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, nơi em đang làm việc. Thầy cô đã
tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành đề tài luận văn này.
Em cũng muốn gửi lời cảm ơn chân thành đền Nghiên cứu sinh, ThS. Chu Ngọc
Hùng, người đã giúp đỡ em trong quá trình triển khai ý tưởng và thực nghiệm kiểm
chứng tại Trung tâm sáng tạo sản phẩm của Trường..
Em xin chân thành cảm ơn và muốn gửi những lời chúc tốt đẹp nhất đến các
Thầy cô.
Ngô Quốc Huy
Bộ môn Thiết kế cơ khí - Khoa Cơ khí
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Gia công cắt gọt có sự trợ giúp của rung động đã được khẳng định có nhiều ưu
điểm nổi trội so với gia công truyền thống. Một vấn đề tồn tại khi khai thác rung động
trợ giúp gia công tiện lỗ là khó bố trí đầu rung – thường có kích thước lớn hơn nhiều
so với kích thước gia công.
Báo cáo này trình bày một số kết quả nghiên cứu và triển khai thiết kế, chế tạo
và đánh giá thực nghiệm đầu rung siêu âm có gắn dụng cụ cắt hỗ trợ quá trình tiện
cứng lỗ.
Một đầu rung siêu âm mang dao tiện lỗ có kết cấu thuận tiện cho việc gá kẹp
trên đài dao máy tiện đã được thiết kế, chế tạo và thử nghiệm. Đầu rung được phân
tích, hiệu chỉnh về tần số cộng hưởng, trở kháng cơ và biên độ rung động tại vị trí đầu
dụng cụ nhờ phương pháp Phần tử hữu hạn.
Đầu rung đã chế tạo được sử dụng để gia công thử nghiệm tiện tinh 20 lỗ đường
kính 12 mm trên vật liệu thép làm khuôn Cr12Mo, có độ cứng 60 - 62 HRC. Kết quả
cho thấy, rung động trợ giúp gia công làm lực cắt giảm từ 20% đến 30% và cải thiện ít
nhất 1 cấp nhám so với tiện truyền thống (không có rung động trợ giúp).
Các kết quả thu được đóng vai trò cơ sở quan trọng cho việc phát triển nghiên
cứu thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh dụng cụ cho gia công tiện lỗ có rung động trợ giúp.
CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CT
Conventional turning
Tiện truyền thống
DAQ
Data acquisitions
Bộ thu thập dữ liệu
FEM
Finite element modeling
Mô hình phần tử hữu hạn
PZT
Piezoelectric transducer
Bộ chuyển đổi áp điện
UAT
Ultrasonic assisted turning
Tiện có rung động siêu âm trợ giúp
UAD
Ultrasonic assisted Drilling
Khoan có rung động siêu âm trợ giúp
UVT
Ultrasonic vibratory tool
Dụng cụ giúp rung siêu âm trợ giúp
UAM
Ultrasonic assisted machining
Gia công rung siêu âm
1D
One-dimensional
Một phương
2D
Two-dimensional
Hai phương
DOE
Design of experiment
Thiết kế thí nghiệm
TWCR
Tool work-piece contact ratio
Tỉ số tiếp xúc giữa dụng cụ và phôi
EVA
Elliptic vibration-assisted cutting
Cắt có rung siêu âm dạng Elip
CDVA
Cutting directional vibration-assisted
Cắt rung theo phương chạy dao
NDVA
Normal-directional vibration-assisted
Cắt rung theo phương tiếp tuyến
CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC
S
Area of cross section
Diện tích mặt cắt
A
Amplitude
Biên độ
ac
Acceleration
Gia tốc
c
Velocity of sound
Vận tốc truyền âm
D
Diameter of Horn
Đường kính của đầu khuếch đại
t
Depth of cut
Chiều sâu cắt
E
Young’s modulus
Mô đun đàn hồi
Fx
Cutting force in X-axis direction
Lực cắt theo phương trục X
Fy
Cutting force in Y-axis direction
Lực cắt theo phương trục Y
Fz
Cutting force in Z-axis direction
Lực cắt theo phương trục Z
f
Frequency
Tần số
h
Height
Chiều cao
i
Complex number
Số phức
K
Stress concentration
Hệ số tập trung ứng suất
L
Length
Chiều dài
M
Mass
Khối lượng
n
Spindle speed
Tốc độ cắt trục chính
Ra
Surface roughness
Độ nhám bề mặt
r
Radius
Bán kính
s
Feed
Lượng chạy dao
sin
Sine
Hàm sin

Stress
Ứng suất
max
Maximum stress
Ứng suất lớn nhất
V
Cutting velocity
Vận tốc cắt
Density
Khối lượng riêng
u
Displacement
Chuyển vị
v
Vibration velocity
Vận tốc rung động
λ
Wave length
Chiều dài bước sóng
xn
Nodal point position
Tọa độ điểm nút
µ
Poison’s ratio
Hệ số poat-xông
ω
Angular velocity
Vận tốc góc