Gia công bằng siêu âm và xu hướng phát triển

Bài viết này giới thiệu phương pháp gia công siêu âm - nguyên lý cơ bản của hệ thống rung động siêu âm đồng thời tiến hành phân tích hiện trạng ứng dụng kỹ thuật và xu hướng phát triển của gia công bằng siêu âm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Gia công bằng siêu âm và xu hướng phát triển CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN ULTRASONIC MACHINING AND ITS DEVELOPMENT NGUYỄN TIẾN DŨNG Viện Cơ khí - Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam Tóm tắt: Bài viết này giới thiệu phương pháp gia công siêu âm - nguyên lý cơ bản của hệ thốngrung động siêu âm đồng thời tiến hành phân tích hiện trạng ứng dụng kỹ thuật và xu hướng pháttriển của gia công bằng siêu âm. Từ khóa: Hệ thống chấn động siêu âm; gia công chấn động siêu âm; gia công tích hợp siêuâm. Abstract: This paper introduces the ultrasonic machining method - the fundamentals ofultrasonic vibration system also elaborates detailed the application actuality and developmenttrends of machining technology based on ultrasonic. Keywords: ultrasonic vibration system; ultrasonic vibration cutting; ultrasonic combinedmachining.1. MỞ ĐẦU Phương pháp gia công bằng siêu âm là phương pháp gia công mới phát triển khoảng vài chucnăm trở lại đây. Nó không những có thể gia công các loại vật liệu kim loại cứng giòn như vật liệuhợp kim cứng, thép tôi cứng, mà còn thích hợp với các loại vật liệu cứng giòn phi kim loại bándẫn và không dẫn điện như gốm sứ, thủy tinh…Đối với vật liệu khó gia công, gia công tinh thìphương pháp gia công bằng siêu âm cho hiệu quả cao hơn nhiều so với phương pháp gia côngthông thường. Phương pháp này cũng có phạm vi ứng dụng rất rộng rãi.2. NGUYÊN LÝ GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM Kỹ thuật gia công bằng siêu âm được ứng dụng rất rộng rãi, nhưng ứng dụng nhiều nhất làphương pháp mài nghiền bằng chấn động siêu âm, vì vậy bài viết này sẽ dùng phương pháp màinghiền bằng chấn động siêu âm để mô tả phương pháp gia công bằng siêu âm. Kết cấu cơ bản của phương pháp gia công bằng siêu âm được thể hiện ở hình 1. Kết cấu bao gồm các bộ phận chủ yếu như máy phát sóng siêu âm, bộ biến từ, thanh truyền sóng,hệ thống cung cấp dung dịch mài, hệ thống tăng áp, hệ thống bàn máy gia công… Khi gia công, máy phát siêu âm 1 phát ra dao động điện từ tần số cao, thường từ 2040 kHz, tínhiệu này đi qua bộ phận biến từ 2 sẽ chuyển thành dao động cơ khí, độ lớn biên độ dao động cơkhí này thường từ 0,0050,01mm, nên không thể trực tiếp gia công siêu âm. Do đó, thông quathanh truyền sóng 3 biên độ dao động sẽ được khuyếch đại lên 0,010,1mm và được truyền chodụng cụ 4. Dụng cụ 4 này được gắn trực tiếp với mặt đầu của thanh truyền sóng 3. Ở khoảng khônggian giữa dụng cụ và chi tiết có chứa đầy hỗn hợp dung dịch mài 5 (bao gồm dung dịch và hạtmài). Dưới tác dụng áp lực của dụng cụ cắt, các hạt mài lơ lửng trong dung dịch mài chịu sự tácđộng dao động của dụng cụ, không ngừng bắn phá với tốc độ rất cao vào bề mặt gia công của chitiết gia công 6. Do vậy mà bề mặt gia công chịu áp lực cục bộ rất lớn, làm cho vật liệu cục bộ trênbề mặt chi tiết gia công bị biến hình. Khi lực tác dụng cục bộ này đạt tới cường độ giới hạn củavật liệu, bề mặt của chi tiết gia công sẽ bị phá hủy và vỡ nát thành các vi hạt rất nhỏ, đồng thời cácvi hạt này sẽ được dòng dung dịch mài mang ra khỏi khu vực gia công. Quá trình này được lặp lạiliên tục để tạo ra bề mặt gia công theo yêu cầu.Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 68 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 Hình 1: Sơ đồ nguyên lý cơ bản gia công bằng siêu âm 1-Máy phát siêu âm 2-Bộ biến từ 3-Thanh truyền sóng 4-Dụng cụ 5-Dung dịch và hạt mài 6-Chi tiết 7-Bàn máy gia công 8-Thùng chứa dầu 9-Máy bơm dầu 10-Ống phun dầu Đồng thời với quá trình này, tác dụng của siêu âm đối với dung dịch mài làm xuất hiện hiệntượng “không hóa”. Hiện tượng “không hóa” là hiện tượng lúc dụng cụ đi lên với tốc độ rất lớn, làmcho áp suất trong vùng gia công giảm đột ngột, hình thành các bọt khí chân không, các bọt khí nàyxâm nhập vào các khe hở tế vi trên bề mặt vật liệu chi tiết. Lúc dụng cụ đi xuống làm các bọt khí nàyđột ngột mất đi tạo ra áp lực sóng xung kích, làm tăng tốc độ va đập của các hạt mài vào bề mặt chitiết gia công, vì vậy làm tăng hiệu suất cắt của các hạt mài.3. ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM. Đối với nguyên lý gia công đã được mô tả ở trên, ta có thể thấy phương pháp này có một số đặcđiểm và ứng dụng sau: Thích hợp gia công với các loại vật liệu cứng giòn: gia công được vật liệu kim loại cứng, kimloại chịu nhiệt như hợp kim cứng, hợp kim Titan, thép không gỉ, đặc biệt là vật liệu phi kim loạibán dẫn và không dẫn điện như thủy tinh, gốm, kim cương nhân tạo… nhưng hiệu suất gia côngrất thấp. ...