Luận văn Nghiên cứu công nghệ gia công lỗ sâu chính xác ứng dụng trong Quốc Phòng và Thuỷ khí Ở nước ta trong những năm gần đây việc nghiên cứu

Ở nước ta trong những năm gần đây việc nghiên cứu, tìm hiểu về khoan lỗ sâu đã được chú trọng do ứng dụng của khoan lỗ sau ngày càng mở rộng không chỉ trong quân sự mà còn sang cả công nghiệp dân sinh như công nghiệp đóng tàu, khuôn mẫu, thuỷ lực, máy nâng chuyển .Do vậy, nghiên cứu cơ bản về công nghệ gia công lỗ sâu như nghiên cứu giải quyết các bài toán phát sinh từ thực tế sản xuất là vô cùng cần thiết đối với các cơ sở nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này Chương I Tổng quan công nghệ gia công lỗ sâu chính xác 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan tài liệu và công trình đẵ công bố 1.2.1 Tổng quan tài liệu 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng trong và ngoài nước 1.3 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu 1.4 Nội dung nghiên cứu Chương II: Công nghệ gia công lỗ sâu và ưng dụng 2.1 Tổng quan về công nghệ khoan lỗ sâu 2.1.1 Khái niệm và thuật ngữ 2.1.2 các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lỗ gia công 2.2 Các nguyên lý khoan lỗ sâu Chương III Kết cấu và vấn đề dao động của dụng cụ gia công kiểu BTA/STH Chương iV Phân tích dao động dụng cụ khoan lỗ 37 Còn nhiều nữa mà mình không thề đem lên hết được

pdf99 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 07/06/2013 | Lượt xem: 2558 | Lượt tải: 6download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Luận văn Nghiên cứu công nghệ gia công lỗ sâu chính xác ứng dụng trong Quốc Phòng và Thuỷ khí Ở nước ta trong những năm gần đây việc nghiên cứu, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
h của ñầu khoan, tạo ra ñộ thẳng ñường tâm cao cho phương pháp BTA/STS. - Tạo ra một lực miết ép lên bề mặt gia công, tạo chất lượng bề mặt rất tốt Thông thường ñệm dẫn hướng ñược chế tạo bằng các loại thép hợp kim. Tuy nhiên trong một số trường hợp gia công thực tế ở Việt nam, người ta còn sử dụng ñệm dẫn bằng cao su hay bằng gỗ, các ñệm dẫn này có tác dụng làm giảm dao ñộng của ñầu khoan. 3.1.4. Cần khoan (Boring Bar) Có kết cấu là một ống kim loại rỗng, có ren ở ñầu ñể nối với ñầu khoan. Chức năng là truyền lực chạy dao và momen xoắn tới phần cắt. ðược chế tạo 37 bởi loại vật liệu ñặc biệt cứng vững và có khả năng chống rung và ñộ chính xác gia công cũng như chất lượng bề mặt rất cao.Thông thường cần khoan ñược chế tạo bằng vật liệu 42CrMo4 theo tiêu chuẩn DIN 2391/C. Chế tạo với dung sai h8. Kích thước của cần khoan phụ thuộc vào nhiệm vụ gia công và khả năng công nghệ của thiết bị. Hình 3. 10. Cần khoan lỗ sâu kiểu BTA/STS 3.2. Thông số công nghệ của quá trình khoan sâu Có sáu thông số quan trọng nhất cần xác ñịnh trong gia công lỗ sâu theo phương pháp BTA/STS gồm: Tốc ñộ cắt, Lượng tiến dao, Lưu lượng dung dịch cắt, Áp suất dung dịch cắt, Công suất máy, Chiều dài không ñỡ tối ña (Vị trí gối ñỡ dụng cụ) Hình 3. 11. Các thông số công nghệ Tốc ñộ cắt vc (m/phút) 38 Giống như với các phương pháp gia công khác, tốc ñộ cắt khi khoan lỗ sâu BTA/STS phụ thuộc vào ñặc tính của vật liệu gia công. Với mỗi vật liệu sẽ có một khoảng tốc ñộ phù hợp, tốc ñộ cắt không nên chọn quá thấp ñể tránh hiện tượng lẹo dao và quá cao ñể tránh tạo ra nhiệt cắt lớn. Giá trị phù hợp nên chọn ở khoảng giữa. Vận tốc cắt: vc= 1000 .. nDcπ (m/ph) Tốc ñộ trục chính: n= c c D v . 1000. π (v/ph) Trong ñó: Dc là ñường kính lỗ khoan, n là tốc ñộ trục chính, vc là vận tốc cắt. Thông thường tốc ñộ cắt ñược ñiểu chỉnh tự ñộng trên thiết bị gia công và vì vậy nó thường không phù hợp với yêu cầu của quá trình gia công. ðiều này ñã ñược khẳng ñịnh bằng các thí nghiệm ño số liệu thực tế của vận tốc. Lượng chạy dao dọc trục: Giống như tốc ñộ cắt, tốc ñộ chạy dao phụ thuộc vào ñặc tính của vật liệu gia công như: thành phần hóa học, cấu trúc vật liệu, ñộ cứng… Về căn bản nó ảnh hưởng ñến tốc ñộ gia công, bởi vì nó sẽ quyết ñịnh ñến chiều dày phoi. Nếu kích thước phoi lớn việc thoát phoi sẽ khó khăn và hay gây kẹt phoi. Tốc ñộ chạy dao: vf= fn.n Tốc ñộ thoát phoi: Q=ap.vf. 2 minmax cc vv − Áp lực và lưu lượng dung dịch cắt Lưu lượng và áp lực dung dịch cắt dẫn vào vùng gia công phải ñảm bảo sự thoát nhiệt và thoát phoi khỏi lưỡi cắt dụng cụ. Lưu lượng dầu ép xác ñịnh tốc ñộ chuyển phoi ra ngoài cũng như làm nguội và bôi trơn dụng cụ, nó cũng ảnh hướng ñến các ñặc tính giảm chấn của hệ thống công nghệ 39 Vị trí bộ giảm chấn: Bộ giảm chấn có nhiệm vụ chống lại các hiện tượng ñộng lực học và nó có thể ñược ñặt dọc theo cần khoan vị trí của nó có thể cố ñịnh trên băng máy hoặc phụ thuộc vào vị trí của Ụ truyền ñộng dụng cụ. Áp lực của bộ giảm chấn ñể kẹp giữ cần khoan ñược xác ñịnh bởi người ñiều khiển máy. Trong quá trình khoan, nếu nhận thấy có hiện tượng rung ñộng. Người ñiều khiển máy sẽ thay ñổi vị trí và áp suất kẹp của bộ giảm chấn cho ñến khi hiện tượng rung ñộng biến mất. 3.3. Lực cắt của quá trình gia công BTA/STS Công cắt kim loại là do lực tác dụng lên lưỡi cắt sinh ra. Hình trên cho ta thấy sơ ñồ tác dụng của lực cắt lên mũi khoan. Phân lực thành 3 thành phần chính theo 3 phương. Ff: Là lực chiều trục có xu hướng chống lại lực chạy dao Fp: Là lực hướng kính tạo ra hoạt ñộng của của các ñệm dẫn Fc: Là lực tiếp tuyến, ñây là thành phần gây ra mô men cắt Mc Hình 3. 12. Phân tích lực cắt hệ thống BTA/STS Xác ñịnh lực cắt là vấn ñề rất khó, giống như xác ñịnh hệ số ma sát cho ñệm dẫn, do vậy mà lực cắt thường ñược xác ñịnh theo các công thức kinh nghiệm. Hãng SanVik, một hãng hàng ñầu thế giới về chế tạo dụng cụ khoan 40 lỗ sâu ñã ñưa ra các công thức gần ñúng ñể tính lực cắt trong gia công lỗ sâu như sau: Lực tiếp tuyến Fc=kc x fn x ap (N) Trong ñó: kc: ñặc tính cắt của vật liệu(cho trong các bảng tra của SanVik) fn: lượng chạy dao ap: chiều sâu cắt. Lực chiều trục Ff Ff+Ffµ=0,65 x ap x fn x kcfz x sinκr (N) Trong ñó: kcfz: Hệ số lực cắt cho fz κr: Góc lưỡi cắt (ñộ) Ffµ: Lực cắt do ma sát Mô men cắt Mc Mc+Mµ=       − c pcfzpnc D a x xkxaxfD 17,1 102000 3 Trong ñó: Mµ: Mô men cắt do ma sát Công suất yêu cầu: Pc+Pµ= 34,1 10240 3 x x xkxvxfD cfzcnc (kW) Trong ñó: vc: Vận tốc cắt (m/ph) Pµ: Công suất do ma sát (kW) 3.4. ðặc ñiểm dao ñộng của quá trình khoan BTA/STS Như ñã trình bày ở phần trên, ñộ tròn và ñộ nhám bề mặt của lỗ gia công ñều có ảnh hưởng trực tiếp từ các hiện tượng ñộng lực học của dụng cụ khoan, ñó là các hiện tượng tự dao ñộng của dụng cụ và dao ñộng cộng hưởng do các yếu tố kích thích bên ngoài. 41 3.4.1. Dao ñộng riêng Dao ñộng riêng ñược tạo nên do dịch chuyển hệ thống ñàn hồi ra khỏi vị trí cân bằng bởi tác ñộng tức thì của lực hoặc mômen lực. Ví dụ khi rút dụng cụ ra khỏi chi tiết ñang gia công…Dao ñộng riêng là dao ñộng tắt dần nên không gây ảnh hưởng xấu ñến quá trình gia công. Tuy nhiên bất kì một hệ thống ñàn hồi nào cũng cần xác ñịnh tần số dao ñộng riêng vì nó là một yếu tố của hiện tượng cộng hưởng. Tần số dao ñộng riêng là một trong những thông số cơ bản của hệ thống ñàn hồi. Thông thường tần số dao ñộng riêng ñối với những dụng cụ lắp công xôn là rất cao 4000-6000Hz. Trong quá trình gia công lỗ sâu, cần khoan STS phải chịu lực kích ñộng tuần hoàn, do quá trình biến dạng của vật liệu trong quá trình cắt gọt,…Nếu tần số kích ñộng trùng với một trong những tần số riêng của dụng cụ, sẽ xảy ra hiện tượng cộng hưởng, trong trường hợp này biên ñộ dao ñộng ñạt cực ñại, chúng là nguyên nhân gây ra các sai số hình dạng và giảm chất lượng gia công, vì vậy tính toán tần số riêng ñóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu dao ñộng của dụng cụ nói chung và dụng cụ khoan lỗ sâu nói riêng. 3.4.2. Tự dao ñộng của dụng cụ ðối với hiện tượng tự dao ñộng, các nghiên cứu mới nhất ñã khẳng ñịnh tự dao ñộng là do các nguyên nhân chủ yếu sau: a. Sự liên hệ vị trí Sự phụ thuộc giữa lực cắt F vào dịch chuyển của dụng cụ cắt ở trạng thái cắt gọt không có rung ñộng (cắt tĩnh) ñược gọi là mối liên hệ vị trí. Liên hệ vị trí dựa vào nguyên tắc, lực cắt tỷ lệ với giá trị tức thời của tiết diện lớp cắt F=P.S (Với P là lực ñơn vị; S là diện tích lớp cắt) vì vậy khi chiều sâu cắt tăng thì lực cắt tăng và ngược lại. 42 Trong quá trình cắt gọt, giả sử vật liệu gia công không thuần nhất tạo nên xung tức thời làm thay ñổi vị trí mũi dao, làm lực cắt ñơn vị thay ñổi dẫn ñến lực cắt thay ñổi. ðó chính là nguồn kích ñộng dao ñộng b. Hiệu ứng tái sinh dao ñộng Hình thành do lớp sóng bề mặt chi tiết gia công, tạo nên do hiện tượng tự dao ñộng của lần cắt trước của dụng cụ, với lần chạy dao tiếp theo, dao cắt sẽ cắt một lớp kim loại có bề dày thay ñổi, làm lực cắt thay ñổi tuần hoàn, ñó chính là nguồn kích ñộng dao ñộng phụ gọi là dao ñộng tái sinh và kết quả là tạo ra lớp sóng bề mặt của chi tiết gia công lệch pha với lớp sóng ban ñầu. Hình 3. 13. Hiệu ứng tái sinh dao ñộng c. Do ñặc trưng ma sát giảm khi ñạt ñiều kiện gia công nào ñó Khi tăng tốc ñộ cắt ñạt tới một giá trị nào ñó thì ñặc trưng ma sát trên các lưỡi cắt giảm, ñiều này dẫn ñến sự thay ñổi lực cắt. d Do lẹo dao Sự hình thành, lớn lên và biến mất có chu kỳ của lẹo dao làm các thông số hình học của mũi dao luôn biến ñổi và dẫn ñến lực cắt cũng thay ñổi có chu kỳ. ðây là nguồn kích ñộng và duy trì tự dao ñộng của quá trình cắt. 3.4.3. Dao ñộng cưỡng bức. 43 Dao ñộng cưỡng bức là quá trình dao ñộng do ngoại lực kích ñộng, lực kích ñộng rất ña dạng, có thể là sự mất cân bằng của phôi do lượng dư mất cân bằng gây ra, cũng có thể do vật liệu không ñồng nhất gây các xung lực tác ñộng lên lưỡi cắt, hoặc kích ñộng truyền từ hệ thống khác như hệ thống thủy lực…Dao ñộng cưỡng bức xuất hiện do nhiều nguyên nhân: - Lực cắt thay ñổi khi dụng cụ bắt ñầu vào cắt, khi gia công chi tiết lệch tâm, vật liệu gia công không ñồng nhất cũng làm thay ñổi lực cắt. - Lực quán tính của các chi tiết lệch tâm hoặc do lực quán tính của lượng dư mất cân bằng của chi tiết quay - Chế tạo và lắp ghép chi tiết thiếu chính xác 3.5. Các khuyết tật do dao ñộng 3.5.1. Hiện tượng vết gằn trên bề mặt Gằn trong khoan lỗ sâu cũng như trong các phương pháp cắt gọt khác là hiện tượng xảy ra do sự mất ổn ñịnh của hệ thống công nghệ trong quá trình gia công, ñược cho là một dạng của quá trình tự dao ñộng (cũng tồn tại cách giải thích khác như sự biến ñổi ñàn nhiệt của vật liệu) chủ yếu là do dao ñộng xoắn của cần khoan và kết quả là tạo ra các vết trên ñáy lỗ không thông và trong trường hợp nghiêm trọng hơn nó tạo các vết trên thành lỗ gia công. (a) (b) Hình 3. 14. Vết gằn xuất hiện trên thành lỗ gia công (a) Vết gằn trên ñáy lỗ gia công (b) Vết gằn trên mặt cắt dọc lỗ 44 Hiện tượng gằn hoàn toàn có thể nghe ñược khi máy ñang thực hiện gia công, hiệu ứng âm thanh ñi kèm với hiện tượng gằn là âm thanh có cường ñộ cao, trong quá trình gia công mà xuất hiện các âm thanh như vậy thì phải lập tức dừng máy. Người ta ñã sử dụng hiệu ứng âm thanh này ñể thực hiện quá trình ño, phân tích dao ñộng trực tiếp và ứng dụng ñể kiểm soát quá trình khoan sâu. Gằn là nguyên nhân làm giảm tuổi thọ dụng cụ và hiệu quả của sản xuất. Làm giảm chất lượng gia công và khả năng công nghệ của phương pháp khoan lỗ sâu STS. Tuy nhiên một số tác giả nước ngoài cũng ñưa ra ý kiến cho rằng gằn cũng có tác dụng tốt cho quá trình gia công vì dao ñộng xoắn sẽ giúp cho việc ngắt phoi dễ dàng và tạo ra phoi có kích thước nhỏ hơn. 3.5.2. Hiện tượng vệt xoắn ốc. Vệt xoắn là một dạng khác của sự mất ổn ñịnh ñộng lực học tạo ra nhiều vết lệch ra ra khỏi biên dạng lý tưởng của lỗ trên mặt cắt ngang, nó cũng có thể so sánh với quá trình tạo lỗ méo tam giác hoặc ngũ giác khi khoan bằng mũi khoan xoắn. Hình 3. 15. Vết xoắn xuất hiện trên thành lỗ gia công Nhìn chung, hiện tượng vết xoắn ốc là chuyển ñộng có chu kỳ của dụng cụ xung quanh tâm của cán dụng cụ, và thường tạo ra từ 3 ñến 5 vết xoắn trên thành lỗ. ðây là hiện tượng ñộng lực học nghiêm trọng của quá trình gia công lỗ sâu BTA, với những vết xoắn tạo ra trên thành lỗ sẽ làm 45 giảm chất lượng bề mặt gia công. Nguyên nhân của nó cũng là do sự cộng hưởng của tần số dao ñộng uốn của cán dụng cụ và tần số quay của phôi hoặc dụng cụ. Hình 3. 16. Biên dạng lỗ theo mô hình lý thuyết khi có xoắn ốc Nhìn chung, số ñiểm tiếp xúc của dụng cụ với phôi sẽ xác ñịnh số vết xoắn trên mặt cắt ngang của chi tiết gia công. Hiện tượng này có liên quan ñến các dạng dao ñộng uốn khác nhau của dụng cụ. Một giải pháp ñơn giản ñể tránh hiện tượng này là ñảm bảo ñủ gối ñỡ cho dụng cụ chống lại các dao ñộng uốn. Hình 3. 17. Các giai ñoạn xuất hiện gằn và xoắn ốc Trong hình 3.17 vùng "1" ñược tạo ra bởi một quá trình ổn ñịnh khi dẫn hướng vẫn còn trong bạc dẫn, không xuất hiện gằn và xoắn ốc, vùng "2" cho 46 thấy khu vực mà gằn thực sự xảy ra, còn vùng "3" là khu vực có hiện tượng vết xoắn ốc. 3.6. Vấn ñề giảm dao ñộng cho dụng cụ Dao ñộng của dụng cụ sẽ làm giảm chất lượng bề mặt, gây ra các sai số hình dáng của chi tiết gia công, hạn chế nâng cao năng suất, làm giảm tuổi bền của dụng cụ cắt…ðể làm giảm hoặc loại trừ dao ñộng, có thể tiến hành ñồng thời nhiều phương pháp khác nhau: - Lựa chọn chế ñộ cắt hợp lý, tránh sử dụng các chế ñộ cắt tới hạn hoặc có thể cho thiết bị vượt qua chế ñộ cắt tới hạn trước khi vào cắt. - Loại bỏ hoặc cách ly bộ phận , thiết bị khỏi các nguồn kích thích như cân bằng chi tiết quay, sử dụng ñệm ñàn hồi… - Nâng cao ñộ cứng vững của dụng cụ cắt bằng cách sử dụng các loại vật liệu có ñộ cứng cao hơn. - Nâng cao khả năng giảm chấn cho dụng cụ bằng cách sử dụng các vật liệu giảm chấn hoặc sử dụng các bộ giảm chấn. Trong thực tế hay sử dụng các bộ giảm chấn ma sát, giảm chấn ñộng lực học. ðối với phương pháp khoan lỗ sâu BTA/STS trong thực tế thường sử dụng các biện pháp sau: - Sử dụng ñệm dẫn hướng bằng các loại vật liệu ñàn hồi, có khả năng hấp thụ năng lượng của dao ñộng, trong một số trường hợp, biện pháp này tỏ ra khá hiệu quả tuy nhiên chúng không tạo ra ñược quá trình miết ép (Burnishing) nên không nâng cao ñược chất lượng bề mặt gia công. Ngoài ra chúng có thể làm lệch ñường tâm lỗ do hạn chế vai trò dẫn hướng. 47 Bộ giảm chấn ma sát kiểu Lanchester ñược sử dụng rộng rãi trong hầu hết các thiết bị gia công BTA/STS. Chúng có ưu ñiểm là khá gọn và có nguyên lý ñơn giản, có thể sử dụng cho cả dao ñộng xoắn và dao ñộng uốn. Hình 3.18. Giảm chấn ma sát kiểu Lanchester Hình 3.18 ở trên là kết cấu của một bộ giảm chấn ma sát khô kiểu Lanchester của hãng SanVik, nó bao gồm các bộ phận chính sau: Thân giảm chấn; Một cặp ma sát khô; Vòng ñiều chỉnh; Ổ bi; Vít ñiều chỉnh áp lực kẹp; Vòng chặn. Nguyên lý làm việc như sau: Ở trạng thái bình thường (không làm việc) cần khoan và ñĩa ma sát côn ở vị trí cố ñịnh tương ñối với nhau, trên mặt côn của ñĩa không xuất hiện lực ma sát hoặc lực ma sát bé. Khi xuất hiện dao ñộng xoắn, có sự tăng ñột ngột của vận tốc quay cần khoan, khi ñó trên bề mặt ñĩa xuất hiện lực ma sát, năng lượng do ma sát trên bề mặt sẽ triệt tiêu năng lượng của dao ñộng và làm dao ñộng tắt nhanh chóng. Dựa trên nguyên lý làm việc của giảm chấn Lanchaster, trình tự tính toán, thiết kế bộ giảm chấn này gồm những bước sau: 48 Hình 3.19. Sơ ñồ trình tự tính toán, thiết kế giảm chấn 3.7. Mô hình dao ñộng của dụng cụ khoan sâu BTA/STS. Mô hình gia công ñược khảo sát ở ñây là mô hình nguyên lý khoan BTA/STS với phôi quay và dụng cụ ñứng yên. Dụng cụ bao gồm 2 phần : ñầu khoan và cần khoan. Trong mô hình này, dụng cụ khoan có nhiệm vụ nhận mô men xoắn truyền từ phôi qua lưỡi cắt. Dụng cụ làm việc trong ñiều kiện chịu tác ñộng của mô men cắt, một ñầu ñược ngàm chặt, một ñầu ñỡ bởi ụ cấp dung dịch cắt. Trong quá trình làm việc, dụng cụ tiến dần vào theo chiều sâu cắt ñến khi hết phôi. 49 Hình 3. 20. Mô hình gia công lỗ sâu BTA/STS Mặc dù dụng cụ ñược ghép từ ñầu khoan và cần khoan nhưng ñể ñơn giản cho việc tính toán có thể coi dụng cụ khoan sâu kiểu BTA/STS như một dầm ñồng chất, tiết diện hình vành khuyên. Trong quá trình khoan, ụ chạy dao sẽ dịch chuyển dần về phía ụ cấp dầu ép, ñến thời ñiểm kết thúc gia công, ụ chạy dao tiến sát tới ụ cấp dầu ép. Như vậy mô hình nghiên cứu của chúng ta sẽ có hai trạng thái ñặc biệt một là khi dụng cụ ñang cắt và khi dụng cụ cắt xong. Do kết cấu gá lắp của mô hình dụng cụ gia công thay ñổi từ lúc dụng cụ vào cắt ñến khi kết thúc gia công. Mà tần số dao ñộng riêng lại phụ thuộc vào kết cấu của hệ dao ñộng nên ta sẽ phải xem xét hai trường hợp tính toán. Trường hợp 1: Dụng cụ trong quá trình cắt Hình 3. 21. Mô hình dụng cụ khoan trong quá trình cắt 50 Trường hợp 2: Dụng cụ ở vị trí kết thúc cắt Hình 3. 22. Mô hình dụng cụ khi kết thúc cắt Theo phương pháp sức bền vật liệu, ñộ cứng tương ñương của dụng cụ ứng với hai vị trí gia công là khác nhau (trường hợp 1 ta có c=12EI/(4b+3l) b2 ; trường hợp 2 c=3EI/l3) Tần số dao ñộng riêng tỷ lệ thuận với ñộ cứng của hệ và tỷ lệ nghịch với khối lượng do vậy mà tần số riêng cũng thay ñổi trong quá trình cắt tùy vào vị trí gia công. 51 CHƯƠNG IV PHÂN TÍCH DAO ðỘNG CỦA DỤNG CỤ GIA CÔNG LỖ Φ37 4.1 Dụng cụ gia công a. Vật liệu chế tạo Vật liệu chế tạo cần khoan: thông thường là thép hợp kim 40CrMo4 với cơ tính của vật liệu này như sau: Mô dul ñàn hồi E=2.1.105 Mpa=2.1.1011 Pa. Hệ số Poisson's ν=0,3 Mật ñộ ρ=7830 kg/m3 b. Kích thước hình học Hình 4.1. Kích thước cần khoan Do kích thước và khối lượng ñầu khoan không ñáng kể so với cần khoan ñặc biệt ñối với trường hợp khoan lỗ có L/Dc lớn, do vậy ñể ñơn giản hơn cho việc xây dựng mô hình ta chỉ tính toán dao ñộng cho cần khoan. 52 Hình 4.2. ðặc tính mặt cắt ngang của cần khoan 4.1. Giải bài toán dao ñộng dụng cụ bằng phương pháp PTHH 4.1.1. Lý thuyết phương pháp PTHH Khảo sát kết cấu có khối khối lượng phân bố, theo phương pháp phần tử hữu hạn, người ta xem một miền liên tục W ñược cấu thành từ tập hợp hữu hạn các miền con (phần tử) riêng rẽ e, chúng không ñược liên kết trên toàn biên của chúng, khi ñó các ñại lượng cần tính toán không phải ñược xác ñịnh bởi hàm ñồng nhất trên toàn miền W mà ñược xác ñịnh trên từng phần tử riêng rẽ e chia miền khảo sát thành n phần tử, xét phần tử hữu hạn thứ e, trên biên phần tử người ta xác ñịnh các ñiểm nút, các ñiều kiện biên liên tục ñược quy ñổi thành các ñại lượng tại các nút. Hình 4.3. Mô hình giải bài toán kết cấu bằng PTHH 53 4.1.2. Thiết lập phương trình dao ñộng Khảo sát kết cấu có khối lượng phân bố, chia miền khảo sát thành n phần tử, xét phần tử thứ e Thế năng toàn phần ∑∫∫∫ = −−−=Π n i i T i S T V T V T PudSTudVfudV 1 ...... 2 1 εσ ðộng năng: ∫= V T dVuuT ... 2 1 ρ Chia kết cấu ñàn hồi thành n phần tử, trong mỗi phần tử ta có: ue=.{un} Khi chuyển vị nút không phải là hằng số mà nó phụ thuộc vào thời gian thì nút phần tử sẽ dao ñộng xung quanh vị trí cân bằng và vận tốc của nó ñược xác ñịnh bằng cách ñạo hàm hai vế của phương trình chuyển vị nút }u{ n .. >=< nu e Thay vào phương trình ñộng năng ta ñược n V TT n e udVNNuT ..... 2 1       = ∫ ρ ñặt nV Te dVNNm ∫= ..ρ Vậy ta có: n eT n e umuT .. 2 1 = ðộng năng của cả kết cấu: .. .. 2 1 .. 2 1 UMUumuTT T e n eT n e e === ∑∑ Tương tự ta có thế năng của kết cấu FUUKU TT e e ... 2 1 −=Π=Π ∑ Áp dụng phương trình Lagrang ta thu ñược phương trình dao ñộng : FUKUM =+ .. .. 54 ðây là phương trình dao ñộng cưỡng bức không có cản của toàn hệ, trong ñó M là ma trận khối lượng, K là ma trận ñộ cứng, F là ma trận ngoại lực kích ñộng. 4.1.3. Quy trình giải bài toán dao ñộng bằng phương pháp PTHH Bước 1: Rời rạc hóa kết cấu, tạo lưới các phần tử Bước này sẽ chia miền khảo sát thành các phần tử có kích thước hữu hạn sao cho không có lỗ hổng cũng như sự phủ lên nhau của các phần tử. Tuỳ vào biên dạng của các kết cấu khảo sát mà có thể sử dụng một dạng hay nhiều dạng phần tử. Việc chọn dạng phần tử, số phần tử, số lượng nút thông thường ñược thực hiện theo kinh nghiệm và thói quen của người thiết kế, tuy nhiên trong các phần mềm hiện nay ñều có khả năng thực hiện việc chia lưới phần tử tự ñộng. Bước 2: Chọn hàm nội suy Bước này chỉ ra các nút của phần tử và chọn hàm nội suy ñể mô tả sự biến ñổi của ẩn số trên toàn bộ phần tử. Thông thường chọn hàm nội suy là các ña thức ñại số vì chúng dễ ñạo hàm và tích phân. Bậc của ña thức ñược chọn phụ thuộc vào số ñiểm nút của phần tử, sai số yêu cầu, ñặc ñiểm và số ẩn của một nút. Bước 3: Xác ñịnh các ñặc trưng của phần tử Sau khi ñã chọn mẫu phần tử hữu hạn (tức là ñi xác ñịnh loại phần tử, số nút và hàm nội suy), chúng ta sẽ xác ñịnh phương trình ma trận biểu diễn các ñiểm của phần tử. Ta thực hiện xấp xỉ theo hữu hạn các biến số }u{ n .. >=< Nu e Bước 4: Ghép nối các phương trình từng phần tử ñể ñược phương trình của toàn hệ. Thực chất của phương pháp PTHH là chuyển các phương trình vi phân liên tục về các phương trình ñại số (dưới dạng các ma trận) theo các giá trị 55 cần tìm ở nút phần tử, trong các bài toán dao ñộng phương trình phần tử thường cho dưới dạng: [m]{u''}+[k].{u}={f} Trong ñó: [m] là ma trận khối lượng của phần tử [k] là ma trận ñộ cứng của phần tử {u}, là véc tơ các giá trị cần tìm tại nút phần tử {f} là véc tơ các thành phần ngoại lực ñã biết Sau khi ghép nối các phương trình phần tử ta ñược phương trình toàn hệ có dạng: [M].{U''}+[K].{U}={F} Trong ñó: [M] là ma trận khối lượng toàn kết cấu [K] là ma trận ñộ cứng của toàn kết cấu {U} là véc tơ các giá trị cần tìm của cả kết cấu {F} là véc tơ các thành phần ngoại lực của cả kết cấu Bước 5: Giải hệ phương trình cả kết cấu Giải hệ phương trình ñã ñược thiết lập ở trên, trong ñó chú ý rằng [M], [K] là các ma trận vuông cấp n, trong các bài toán cơ học chúng thường là các ma trận ñối xứng, ví dụ: Bước 6: Tính toán các ẩn số khác. ðối với các bài toán dao ñộng thì yêu cầu tính các ẩn số là các dạng dao ñộng, tần số, các ñáp ứng…nhưng giải hệ phương trình ở trên mới chỉ 56 ñược các kết quả dưới dạng các chuyển vị, do ñó chúng ta phải thực hiện việc xử lý kết quả dưới dạng mong muốn. Hình 4.4. Trình tự giải bài toán bằng PTHH Việc tính toán dao ñộng của cần khoan lỗ sâu BTA/STS dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) kết hợp với việc sử dụng phần mềm phân tích phần tử hữu hạn ANSYS ñược thực hiện với trình tự như hình 4.5 4.2. Phân tích dao ñộng riêng của dụng cụ Mô hình hóa dụng cụ khoan trên phần mềm CAE ANSYS với các thông số ñã cho ở trên, chạy chương trình cho ta kết quả phân tích bằng phần mềm ANSYS như sau: Dụng cụ ở vị trí ñã gia công ñược 365 mm Mô hình dụng cụ Hình 4.5. Mô hình dụng cụ ở vị trí ñã gia công 365 mm 57 Các tần số dao ñộng riêng TT Giá trị tần số (Hz) Ghi chú 1 29,174 2 84,851 3 141,52 4 232,48 5 373,74 Các dạng dao ñộng riêng 58 59 60 Dụng cụ ở vị trí ñã gia công 1182,5 mm Mô hình dụng cụ Hình 4.6. Mô hình dụng cụ ở vị trí gia công ñược 1182,5mm Các tần số dao ñộng riêng TT Giá trị tần số (Hz) Ghi chú 1 13,824 2 86,343 3 124,35 4 279,47 5 344,97 61 Các dạng dao ñộng riêng 62 63 Dụng cụ ở vị trí ñã gia công 2000 mm Mô hình dụng cụ Hình 4.7. Mô hình dụng cụ ở vị trí ñang gia công ñược 2000mm Các tần số dao ñộng riêng TT Giá trị tần số (Hz) Ghi chú 1 6,3228 2 40,095 3 113,08 4 222,75 5 369,28 64 Các dạng dao ñộng riêng 65 66 Dụng cụ ở cuối quá trình gia công. Mô hình dụng cụ Hình 4.8. Mô hình dụng cụ ở vị trí cuối cùng Các tần số dao ñộng riêng TT Giá trị tần số (Hz) Ghi chú 1 4,9235 2 30,822 3 86,268 4 168,96 5 279,11 67 Các dạng dao ñộng riêng 68 69 4.3. Khảo sát dao ñộng cưỡng bức của dụng cụ 4.3.1. Thông số công nghệ Dựa trên các tiêu chí lựa chọn nguyên lý khoan với ñường kính 31 mm, chiều dài khoan 2335 mm ta có thể chọn nguyên lý khoan STS/BTA, với phương pháp khoan ñặc một lần. (Dựa trên tài liệu tham khảo của hãng Sanvik phương pháp khoan ñặc có thể ñạt tới ñường kính 65mm và tỷ lệ L/D=150, với ñộ chính xác ñạt IT9, ñộ nhám ñạt Ra=0,1 - 3,2 µm) Trên cơ sở quy trình công nghệ gia công lỗ Φ37 và nguyên công khoan lỗ φ31, tham khảo các thông số công nghệ và sử dụng ñể khảo sát dao ñộng của quá trình gia công như sau: Chi tiết gia công: 70 Phôi ban ñầu có kích thước φ120x2500, vật liệu: OXH1M, sau khi ñược gia công lấy mẫu thử cơ tính, gia công chuẩn, trước khi khoan lỗ φ31 có kích thước φ112 x 2335. Hình 4.9: Phôi gia công lỗ Φ37 Thiết bị và dụng cụ Thiết bị sử dụng là máy khoan lỗ sâu VDF, thiết bị này cũng có nguyên lý tương tự các thiết bị gia công kiểu BTA. Dụng cụ sử dụng là mũi khoan ñặc kiểu BTA ñường kính φ31 mm. Vị trí khảo sát Do quá trình khoan sâu phức tạp, tại các vị trí gia công khác nhau, các thông số ñộng lực học cũng khác nhau do ñó luận văn này chỉ xét một vị trí ñể khảo sát, các vị trí khác cũng ñược làm hoàn toàn tương tự. Vị trí ñược chọn ñể khảo sát dao ñộng cưỡng bức là vị trí cuối của quá trình gia công, có mô hình lắp ñặt dụng cụ là dạng dầm Euler-Bernuli, một ñầu ngàm, 1 ñầu tự do có ñặt lực ñộng F(t). Chế ñộ công nghệ - Tốc ñộ cắt: n = 40 (v/phút) - Lượng tiến dao: fn= 0,15 (mm/vòng) - Dung dịch bôi trơn, làm mát và ñẩy phoi sử dụng dung dịch có thành phần sau: 90% Sun- fô- fê- rê- jôn, 10% dầu hoả, hoặc: 7-10% Ê-mun- xi, 0,2% Na2CO3 , còn lại là nước. - Áp suất bơm: 6-8 KG/Cm2. 71 - Lưu lượng: 60-80 lít/phút 4.3.2. Tính toán lực kích ñộng Như ñã lập luận ở các phần trước, giả thiết bỏ qua các lực ñộng ngẫu nhiên, ta chỉ xét lực ñộng tác dụng ñiều hòa, chủ yếu do lực quán tính của phôi quay tác ñộng lên lưỡi cắt trong khoan. ðể xác ñịnh lực này, trước hết ta xác ñịnh khối lượng phôi quay, áp dụng tiêu chuẩn về lượng dư cho phép với các chi tiết quay ñể xác ñịnh ra lực quán tính của phôi, tính toán cụ thể như sau: - Xác ñịnh khối lượng của phôi: Mphôi=ρ.L. )( 4 2 1 2 2 dd − π = 7800.2,335. )031,0112,0( 4 14,3 22 − = 165,5 kg Trong ñó: L: là chiều dài lỗ gia công L=2,335 m d2: ñường kính ngoài của phôi d2=0,112 m d1: là ñường kính lỗ gia công d1=0,031 m Tính ñược: Mphôi= 165,5 (kg) - Xác ñịnh lượng dư mất cân bằng của phôi Áp dụng tiêu chuẩn TCVN 6373:1998 về xác ñịnh lượng dư mất cân bằng của các chi tiết quay. Giả thiết phôi quay ñã qua gia công ta chọn cấp chính xác ñộng lực học tương ñương thấp là G40 (tương ñương với các chi tiết quay chậm, ñộ chính xác thấp). Với chế ñộ cắt gọt xác ñịnh n=40 (v/phút) tra bảng (bảng 1, trang 24, TCVN 6373:1998) ta tra ñược tích quan hệ ep.ω=40, với ω≈n/10  ep=40/4=10 (g.mm/kg) từ ñây ta có lượng mất cân bằng của phôi là: Up=m.ep= 165,5. 10=1655 (g.mm) - Xác ñịnh lực tác ñộng lên lưỡi cắt. 72 Giả thiết rằng toàn bộ lượng mất cân bằng này ñược quy về vị trí gia công. Lực kích ñộng do lượng mất cân bằng của phôi tác dụng lên dụng cụ với tần số ω= =≈ 1060 ..2 nnπ 4 (Hz) Vậy lực kích ñộng sẽ có dạng: F(t)=Up.ω 2.sin4t = 0,26.sin4t (N) F(t)=0,26.sin4t (N) 4.3.3. Kết quả khảo sát Mô hình hóa dụng cụ khoan trên phần mềm CAE ANSYS với các ñiều kiện biên và lực kích ñộng như sau: Dải tần khảo sát: 0-100Hz Lực kích ñộng: F(t)=0,26.sin(4.t) (N) Mô dul ñàn hồi: E=2.1.1011 (Pa) Mật ñộ 7830 (kg/m3) Chạy phần mềm ANSYS cho ta kết quả phân tích tại nút tận cùng của ñầu tự do dầm (có thể coi ñó là ñầu dụng cụ) như sau: Hình 4.10. ðáp ứng biên ñộ - tần số trong dải tần 0 - 100Hz 73 4.4. Thảo luận về các kết quả Với các thông số ñầu vào của quá trình gia công Φ37, chương trình ANSYS ñã ñưa ra các kết quả phân tích dao ñộng theo yêu cầu ban ñầu : các dạng dao ñộng của dụng cụ khoan, các tần số dao ñộng riêng ứng với các dạng dao ñộng. Trước hết ta xem xét tần số dao ñộng riêng của dụng cụ, ở trạng thái gia công bất kỳ của dụng cụ, kết quả phân tích cho thấy tần số riêng cơ bản là tương ñối thấp so với dao ñộng của các dụng cụ khác như tiện, phay.., như vậy biên ñộ dao ñộng rất lớn, ứng với tần số riêng tăng lên dạng dao ñộng cũng có sự thay ñổi tương ứng về số ñiểm nút, tức là có sự tăng lên của ứng suất trên chiều dài dụng cụ, do vậy tốc ñộ cắt gọt nên giới hạn nhỏ hơn tốc ñộ cắt ứng với tần số dao ñộng riêng cơ bản (tần số riêng thấp nhất) Thông qua các tần số dao ñộng riêng, cho phép ta tính toán ñược chế ñộ cắt tới hạn của quá trình khoan, qua ñó có thể tránh ñược hiện tượng xoắn ốc gây méo lỗ gia công bằng cách thay ñổi chế ñộ cắt hợp lý. 4.4.1. Xác ñịnh chế ñộ cắt tới hạn Như ñã trình bày ở các chương trước, chúng ta biết rằng, dụng cụ sẽ dao ñộng cộng hưởng trong trường hợp tần số lực kích ñộng (tần số quay của phôi) xấp xỉ tần số riêng của dụng cụ với sai lệch 20%-30%. Ta có ω=2π.n/60≈n/10 Vậy ứng với tần số riêng nhỏ nhất ta có tốc ñộ tới hạn của phôi quay Dụng cụ ở vị trí ñang gia công cách ụ thủy lực 365 mm n=10.ω=10.29,174= 291,74 (v/ph) Dụng cụ ở vị trí ñang gia công cách ụ thủy lực 1182,5 mm n=10.ω=10.13,824= 138,24 (v/ph) Dụng cụ ở vị trí ñã gia công ñược 2000 mm n=10.ω=10.6,3228= 63,228 (v/ph) 74 Dụng cụ ở vị trí kết thúc gia công n=10.ω=10.4,9235= 49,235 (v/ph) Do tần số riêng của dụng cụ thay ñổi trong quá trình gia công nên trong quá trình gia công ta có thể chọn tốc ñộ cắt phù hợp với từng giai ñoạn gia công nằm trong khoảng tốc ñộ nvào cắt- nkết thúc. Trong ñó nvào cắt -nkết thúc là tốc ñộ cắt ứng với các tốc ñộ cắt tới hạn ở vị trí bắt ñầu vào cắt và kết thúc gia công. 4.4.2. Xác ñịnh khoảng tốc ñộ ứng với từng loại vật liệu chế tạo cần khoan Cần khoan là một trong những chi tiết quan trọng của hệ thống gia công BTA/STS, tốc ñộ cắt của quá trình gia công phụ thuộc vào ñộ cứng vững của cần khoan và chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu chế tạo, giá thành chế tạo cho một cần khoan thông thường ở hãng Sanvik vào khoảng 5000$. Nếu sử dụng cần khoan chế tạo trong nước thì vấn ñề ñặt ra là không thể sử dụng các khoảng tốc ñộ khuyến nghị của các hãng chế tạo cần khoan ñược. Vì vậy dựa trên các phân tích ở phần trên, ñã tiến hành nghiên cứu, phân tích, ñề xuất một số dải tốc ñộ cắt ứng với kích thước và vật liệu cần khoan, kết quả ñược ñưa ra ở bảng dưới ñây Bảng 4.1: Khoảng tốc ñộ gia công Vật liệu chế tạo cần khoan Thông số Vật liệu Kích thước gia công Khoảng tốc ñộ ñề nghị 42CrMo4 E=2.1.1011 (Pa) ν=0,3 ρ=7830 (kg/m3) φ31 x 2000 < 49 (v/ph) Thép S45C E=2,07.1011 (Pa) ν=0,29 ρ=7840 (kg/m3) φ31 x 2000 < 48 (v/ph) 75 Việc ñưa ra các thông số tốc ñộ cắt hiện tại chỉ mang tính tham khảo ñể người sử dụng có thêm các lựa chọn mới, với giả thiết là khoảng chiều dài không gối ñỡ của cần khoan là tối ña (tức là không sử dụng thiết bị giảm chấn), tuy nhiên việc lựa chọn vật liệu chế tạo càn khoan còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nữa, vì vậy ñể xác ñịnh chính xác cần có những nghiên cứu sâu hơn, cần thời gian ñể làm các thí nghiệm, thử nghiệm trong thực tế. 4.4.3. Xác ñịnh các vị trí ño lường và ñặt bộ phận giảm chấn Dạng dao ñộng của cần khoan cho ta thấy các dạng dao ñộng có thể có, vị trí của các nút sóng, qua ñó có thể xác ñịnh ñược vị trí cần ño dao ñộng trong thực nghiệm, vị trí ñặt các thiết bị thu tín hiệu phản hồi với mục ñích kiểm soát tự ñộng quá trình khoan và phân tích dự ñoán các hiện tượng ñộng lực học. Hình 4.11. Xác ñịnh vị trí các nút sóng Các vị trí ño lường và lắp ñặt giảm chấn thường là những vị trí có biên ñộ dao ñộng lớn, có phản ứng tức thời ñối với sự xuất hiện dao ñộng, ñó các các nút vị trí ñược ñánh dấu trên hình 4.12, các nghiên cứu trong luận văn này 76 mới chỉ là ñịnh tính, việc tính toán ñịnh lượng vị trí chính xác cần phải có các nghiên cứu sâu hơn. Từ nghiên cứu trên ta thấy rằng, tại một vị trí khoan, tùy theo yêu cầu về ñộ chính xác của chi tiết gia công, ta có thể ñặt 1 hoặc nhiều gối ñỡ (giảm chấn) dọc theo cần khoan, biện pháp này có thể nâng cao tốc ñộ cắt gọt và giúp thực hiện quá trình cắt gọt một cách thuận lợi, giảm chấn ngoài tác dụng như một gối ñỡ còn có tác dụng triệt tiêu năng lượng dao ñộng, do vậy mà hiệu quả của giảm chấn tăng lên nhiều lần so với gối ñỡ. 4.4.4. Nhận xét kết quả khảo sát dao ñộng cưỡng bức Từ kết quả khảo sát thu ñược, có một số nhận xét sau: - Trong dải tần số từ 0-100Hz có các ñiểm nguy hiểm tương ứng với các tần số : ñiểm thứ nhất 3 - 6 Hz; ñiểm thứ hai: 30 - 32 Hz; ñiểm thứ ba: 86 - 87 Hz. ðây là các ñiểm cộng hưởng nguy hiểm, nó hoàn toàn tương ứng với ba tần số riêng mà ta ñã tính ñược ở phần trên. - Biên ñộ dao ñộng của dụng cụ nằm trong khoảng -6,22 - 0,477 mm, biên ñộ cộng hưởng của tần số ñầu tiên là 6,22 mm, biên ñộ của các tần số sau ñó giảm dần, nếu gia công với tốc ñộ cắt < 49 v/ph thì biên ñộ dao ñộng của ñầu khoan sẽ vào khoảng 0,5 mm, nhưng nếu gia công ở tốc ñộ cao thì biên ñộ dao ñộng của ñầu khoan giảm rất nhiều. 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nghiên cứu dao ñộng dụng cụ khoan sâu sẽ làm cơ sở, nền tảng ñể giải quyết bài toán dao dộng của dụng cụ khoan sâu, xây dựng các biện pháp giảm chấn, lựa chọn tối ưu chế ñộ cắt, cải tiến thiết kế hệ thống công nghệ…Nghiên cứu này còn là tiền ñề cho nghiên cứu thực nghiệm dao ñộng của dụng cụ khoan sâu, làm tiền ñề cho việc tính toán ổn ñịnh rung của quá trình cắt gọt cũng như ñưa ra một phương pháp luận ñể thực hiện nghiên cứu dao ñộng với các dụng cụ cắt khác. Các kết quả của quá trình nghiên cứu Sau khi nghiên cứu các vấn ñề về dao ñộng của dụng cụ khoan lỗ sâu theo nguyên lý khoan BTA/STS như kết cấu, thiết kế dụng cụ, lực cắt, nghiên cứu sự hình thành và bản chất của hai hiện tượng ñộng lực học có liên quan trực tiếp ñến sai số của quá trình gia công lỗ là hiện tượng gằn và vết xoắn, xây dựng mô hình nghiên cứu dao ñộng…phân tích dao ñộng của dụng cụ khoan lỗ với các ñiều kiện gia công thực tế. Kết quả của quá trình nghiên cứu như sau: - ðã xây dựng ñược một phương pháp xác ñịnh chế ñộ cắt gọt tối ưu dựa trên quan ñiểm về dao ñộng cũng như tính toán cụ thể tốc ñộ tới hạn cho nguyên công khoan lỗ Φ37 mm - Cũng trên các tính toán dao ñộng riêng của cần khoan, xác ñịnh ñịnh tính ñược các vị trí ñể ñặt các cảm biến ño lường, vị trí ñặt trang bị giảm chấn. - Các nghiên cứu này còn cho thấy khả năng chế tạo cần khoan của dụng cụ khoan sâu BTA/STS tại Việt nam bằng các vật liệu thay thế rẻ tiền hơn. 78 - Biên ñộ và các ñáp ứng của dao ñộng cưỡng bức tại một vị trí gia công cho chúng ta ñịnh hướng lựa chọn chế ñộ cắt hợp lý hơn với yêu cầu kỹ thuật ñề ra, những ñiểm nguy hiểm cần tránh cho quá trình gia công. Các kết quả thu ñược ở trên phục vụ trực tiếp cho quá trình lựa chọn thông số công nghệ, chế tạo, lắp ñặt các trang bị công nghệ, làm cơ sở cho nghiên cứu thực nghiệm dao ñộng của dụng cụ khoan lỗ sâu. Những vấn ñề còn tồn tại - Nghiên cứu theo phương pháp tiếp cận lý thuyết sẽ có những giả thiết mà làm cho kết quả tính toán chưa sát với thực tế, ví dụ như sai khác mô hình hình học, sai khác về vật liệu chế tạo dụng cụ… - Hạn chế về thiết bị nghiên cứu, máy tính không ñủ mạnh ñể phân tích với chi tiết có kích thước lớn, do vậy phải phân tích kết cấu với kích thước lưới chia lớn sẽ làm giảm ñộ chính xác của phương pháp. - Các kết quả nghiên cứu còn ñịnh tính, chưa ñược kiểm tra trên thực tế gia công Kiến nghị hướng nghiên cứu tương lai Khoan lỗ sâu là lĩnh vực nghiên cứu còn rất mới mẻ cả ở trong và ngoài nước, có ứng dụng ngày càng lớn trong các nghành công nghiệp và quốc phòng, các vấn ñề nảy sinh trong thực tế ñòi hỏi tiếp tục ñầu tư nghiên cứu và làm chủ công nghệ này. Dao ñộng của dụng cụ khoan lỗ sâu là vấn ñề lớn, vẫn chưa ñược nghiên cứu ñầu ñủ và còn nhiều vấn ñề cần phải giải quyết. Hướng giải quyết tiếp theo của luận văn này là tiếp tục mở rộng nghiên cứu: 79 - Nghiên cứu kết cấu và vật liệu chế tạo dụng cụ khoan lỗ sâu - Nghiên cứu tối ưu hóa chế ñộ cắt gọt cho gia công lỗ sâu chính xác. - Nghiên cứu thực nghiệm quá trình dao ñộng của dụng cụ. - Nghiên cứu nguyên lý và các cơ sở lý thuyết ñể thiết kế, chế tạo bộ giảm chấn cho dụng cụ khoan lỗ sâu kiểu BTA/STS. 80 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Lê Hoàng Phú. Công nghệ gia công lỗ sâu chính xác. Viện Công Nghệ- Tổng cục CNQP. Năm 2005. [2] Trần ðức Kiên. Nghiên cứu công nghệ ño lỗ nòng pháo AK726. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật. Năm 2007 [3] Nguyễn Xuân Dũng. Nghiên cứu công nghệ và dụng cụ ñể khoan lỗ nòng pháo AK726. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật. Học viện KTQS. Năm 2007. [4] Phạm ðắp, Phạm Thế Trường, Nguyễn Huy Hiển. ðộng lực học máy công cụ. ðại học Bách khoa Hà nội. Năm 1991. [5] Nguyễn Văn Khang. Dao ñộng kỹ thuật. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. Năm 2000. [6] Nguyễn Duy, Trần Sỹ Túy, Trịnh Văn Tự. Nguyên lý cắt gọt kim loại. NXB ðại học và Trung học chuyên nghiệp. Năm 1978. [7] ðinh Bá Trụ, Hoàng Văn Lợi. Hướng dẫn sử dụng ANSYS. Học viện Kỹ thuật quân sự. Năm 2003 Tiếng Anh [7] Sinisa Kojic. A Theoretical and Expetimental Investigation of the BTA Deep Hole Tool Support in the Machining Zone. Thesis for Degree of Master. Concordia University. 2000. [8] Winfried Theis. Modelling Varying Amplitudes. Thesis for degree of Doctor. University of Dortmund. 2003. [9] Winfried Theis, Oliver Webber, Claus Weihs. Statistics, Dynamic and Quality Improving BTA deep-hole Drilling. German Research Foundation (DFG).2004. 81 [10] Drs. P. Dingemans. Gundrilling. An Overview of its Theory and an Analysis of its Performance as compared to Spiraldrilling. Thesis for Mechanical Engineer.Avans Hogeschool Breda. 2004. [11] Dr Viktor P.Astakhov. Why Gundrill?. 2004. [12] Do Hun Chin, Moon Chul Yoon, Sung Bo Sim. Roundness modeling in BTA deephole drilling. Science Direct. 2004. [13] G.Szepannek, N.Raabe, O.Webber, C.Weihs. Prediction of spiraling in BTA deep-hole drilling – How to model varying frequencies. 2004. [14] G.Szepannek, N.Raabe, O.Webber, C.Weihs. Prediction of spiraling in BTA deep-hole drilling – estimating the system’s eigenfrequencies. 2006. [15] P.Wolfrum, A.Gepperth, Y.Sandamirskaya, O.Weber, N.Raabe, G.Szepannek, G.Schoener. Modelling and Understanding of Chatter . 2006. [16] Linus Pettersson. Vibration Analysis of Boring Bar . Blekinge Institute of Technology Research Report No 2002:01. 2002. [17] Jan Awrejcewicz, Yuriy Pyryev. Tribological Dynamical Damper of Vibrations. 8th Conference on Dynamical Systems Theory and Applications. 2005. PHỤ LỤC 1 CHƯƠNG TRÌNH ANSYS 1. Kết thúc gia công /PREP7 /UNITS,MKS ET,1,BEAM3 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,2.1e11 MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,,0.3 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDE,DENS,1 MPDATA,DENS,1,,7850 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDE,EX,1 MPDE,PRXY,1 MPDATA,EX,1,,2.1E+011 MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDE,EX,1 MPDE,PRXY,1 MPDATA,EX,1,,2.1E+011 MPDATA,PRXY,1,,0.3 SECTYPE, 1, BEAM, CTUBE, , 0 SECOFFSET, CENT SECDATA,.011,.0155,0,0,0,0,0,0,0,0 SLIST, 1, 1, ,1,BEAM R,1,.374e-3,.338e-7,2.365,.422e-17, , , K,1,0,0,0, K,2,2.365,0,0, LSTR, 1, 2 ESIZE,.001,0, LMESH, 1 /REPLOT,RESIZE SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST SET,FIRST !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST SET,NEXT !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST SET,NEXT !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST /REPLOT,RESIZE /REPLOT,RESIZE /UI,MESH,OFF /REPLOT,RESIZE ANTYPE,2 MSAVE,0 MODOPT,LANB,5 EQSLV,SPAR MXPAND,5, , ,0 LUMPM,0 PSTRES,0 MODOPT,LANB,5,0,0, ,OFF FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,1 /GO DK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , , FINISH /SOL /STATUS,SOLU SET,NEXT !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST SET,NEXT !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST 2. Dụng cụ ở vị trí ñã gia công ñược 2000 mm K,1,0,0,0, K,2,0.365,0,0, K,3,2.365,0,0, LSTR, 1, 2 LSTR, 2, 3 ESIZE,0.001,0, FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 LMESH,P51X ANTYPE,2 !* MSAVE,0 !* MODOPT,LANB,5 EQSLV,SPAR MXPAND,5, , ,0 LUMPM,0 PSTRES,0 !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST SET,NEXT !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST MODOPT,LANB,5,0,0, ,OFF FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,1 !* /GO DK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , , FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,2 !* /GO DK,P51X, , , ,0,UY, , , , , , /REPLOT,RESIZE FINISH /SOL /STATUS,SOLU SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST SET,FIR DK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , , FINISH /SOL /STATUS,SOLU SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST SET,FIRST !* /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST SET,NEXT !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST SET,NEXT !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST SET,NEXT !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST 3. Dụng cụ ở vị trí ñã gia công ñược 1182,5 mm /GRA,POWER /GST,ON /PLO,INFO,3 /GRO,CURL,ON /CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,,,,,,,,0 /REPLOT,RESIZE /UNITS,MKS LSTR, 2, 3 ESIZE,0.001,0, FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 LMESH,P51X !* ANTYPE,2 !* !* /NOPR /PMETH,ON,0 KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_MULTI,0 /GO /PREP7 !* ET,1,PLANE145 !* ETDEL,1 !* ET,1,BEAM3 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,2.1E11 MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,,7830 SECTYPE, 1, BEAM, CTUBE, , 0 SECOFFSET, CENT SECDATA,0.011,0.0155,0,0,0,0,0,0,0,0 R,1,0.374E-3,0.338E-7,2.365,0.403E-18, , , !* K,1,0,0,0, K,1,1.1825,0,0, K,1,0,0,0, K,2,1.1825,0,0, K,3,2.365,0,0, LSTR, 1, 2 MSAVE,0 !* MODOPT,LANB,5 EQSLV,SPAR MXPAND,5, , ,0 LUMPM,0 PSTRES,0 !* MODOPT,LANB,5,0,0, ,OFF FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,1 /GO DK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , , FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,2 /GO DK,P51X, , , ,0,UY, , , , , , FINISH /SOL /STATUS,SOLU SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST SET,FIRST !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* SET,NEXT !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 4. Dụng cụ ở vị trí gia công ñược 365 mm /NOPR ! Suppress printing of UNDO process /PMACRO ! Echo following commands to log FINISH ! Make sure we are at BEGIN level /CLEAR,NOSTART ! Clear model since no SAVE found ! WE SUGGEST YOU REMOVE THIS LINE AND THE FOLLOWING STARTUP LINES /input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1 /GRA,POWER /GST,ON /PLO,INFO,3 /GRO,CURL,ON /CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,,,,,,,,0 /REPLOT,RESIZE !* /NOPR /PMETH,ON,0 KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_MULTI,0 /GO !* !* /PREP7 /UNITS,MKS !* ET,1,BEAM3 !* !* MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,2.1e11 MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPTEMP,,,,,,,, !* MODOPT,LANB,5 EQSLV,SPAR MXPAND,5, , ,0 LUMPM,0 PSTRES,0 !* MODOPT,LANB,5,0,0, ,OFF FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,1 !* /GO DK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , , FINISH /SOL /STATUS,SOLU SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST SET,FIRST !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST SET,NEXT !* MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,,0.3 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDE,DENS,1 MPDATA,DENS,1,,7850 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDE,EX,1 MPDE,PRXY,1 MPDATA,EX,1,,2.1E+011 MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDE,EX,1 MPDE,PRXY,1 MPDATA,EX,1,,2.1E+011 MPDATA,PRXY,1,,0.3 SECTYPE, 1, BEAM, CTUBE, , 0 SECOFFSET, CENT SECDATA,.011,.0155,0,0,0,0,0,0,0,0 SLIST, 1, 1, ,1,BEAM R,1,.374e-3,.338e-7,2.365,.403e-17, , , !* K,1,0,0,0, K,2,2.365,0,0, LSTR, 1, 2 ESIZE,.001,0, LMESH, 1 /REPLOT,RESIZE /REPLOT,RESIZE /REPLOT,RESIZE /UI,MESH,OFF /REPLOT,RESIZE !* ANTYPE,2 !* MSAVE,0 PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST SET,NEXT !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST SET,NEXT !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST SET,NEXT !* PLDI, , ANMODE,10,0.5, ,0 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST )/GOP ! Resume printing after UNDO process )! We suggest a save at this point 5. Khảo sát dao ñộng cưỡng bức /NOPR ! Suppress printing of UNDO process /PMACRO ! Echo following commands to log FINISH ! Make sure we are at BEGIN level /CLEAR,NOSTART ! Clear model since no SAVE found ! WE SUGGEST YOU REMOVE THIS LINE AND THE FOLLOWING STARTUP LINES /input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1 /GRA,POWER /GST,ON /PLO,INFO,3 /GRO,CURL,ON /CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,,,,,,,,0 /REPLOT,RESIZE !* /NOPR /PMETH,OFF,0 KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_MULTI,0 /GO !* !* /PREP7 !* ET,1,BEAM3 !* !* MAT,1, MPREAD,'42CrMo4','SI_MPL','Desktop\',LIB !* MPLIST,1 TBLIST,ALL,1 !* SECTYPE, 1, BEAM, CTUBE, , 0 SECOFFSET, CENT SECDATA,0.011,0.0155,0,0,0,0,0,0,0,0 SECTYPE, 1, BEAM, CTUBE, , 0 SECOFFSET, CENT SECDATA,0.011,0.0155,0,0,0,0,0,0,0,0 !* /GO FK,P51X,FY,0.26, HARFRQ,0,100, NSUBST,100, KBC,1 !* FINISH /SOL /STATUS,SOLU SOLVE FINISH /POST26 FILE,'file','rst','.' /UI,COLL,1 NUMVAR,200 SOLU,191,NCMIT STORE,MERGE PLCPLX,0 PRCPLX,1 FILLDATA,191,,,,1,1 REALVAR,191,191 !* NSOL,2,2365,U,Y, UY_2 STORE,MERGE XVAR,1 PLVAR,2, FORCE,TOTAL !* ANSOL,3,2365,S,Y,SY_3 STORE,MERGE XVAR,1 PLVAR,3, PRVAR,3, PRVAR,2, XVAR,1 PLVAR,2, PRVAR,2, VARDEL,3 FORCE,TOTAL !* !* ESOL,3,1,3 ,EPEL,Y,EPELY_3 STORE,MERGE VARDEL,3 SOLU,3,PSINC,,PSINC_3 /UI,BEAM,OFF R,1,0.374e-3,0.338e-7,2.365,0.403e-18, , , !* K,1,0,0,0, K,2,2.365,0,0, LSTR, 1, 2 ESIZE,0.001,0, LMESH, 1 !* /UI,MESH,OFF ANTYPE,3 !* !* HROPT,FULL HROUT,ON LUMPM,0 !* EQSLV,FRONT,1e-008, PSTRES,0 !* FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,1 !* /GO DK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , , FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,2 STORE,MERGE VARDEL,3 SOLU,3,RESEIG,,RESEIG_3 STORE,MERGE VARDEL,3 FORCE,TOTAL !* ANSOL,3,2365,S,Y,SY_3 STORE,MERGE XVAR,1 PLVAR,3, XVAR,1 PLVAR,2, VARDEL,3 )/GOP ! Resume printing after UNDO process )! We suggest a save at this point PH L C 2 GIÁ TR BIÊN ð , PHA T I NÚT 2365 ***** ANSYS POST26 VARIABLE LISTING ***** TIME 2365 UY UY_2 AMPLITUDE PHASE 1.0000 0.168667E-03 0.00000 2.0000 0.192786E-03 0.00000 3.0000 0.252326E-03 0.00000 4.0000 0.477470E-03 0.00000 5.0000 0.620123E-02 180.000 6.0000 0.320218E-03 180.000 7.0000 0.149130E-03 180.000 8.0000 0.910830E-04 180.000 9.0000 0.620825E-04 180.000 10.000 0.449695E-04 180.000 11.000 0.339313E-04 180.000 12.000 0.262806E-04 180.000 13.000 0.206267E-04 180.000 14.000 0.163694E-04 180.000 15.000 0.129505E-04 180.000 16.000 0.102033E-04 180.000 17.000 0.788810E-05 180.000 18.000 0.588411E-05 180.000 19.000 0.412309E-05 180.000 ***** ANSYS POST26 VARIABLE LISTING ***** TIME 2365 UY UY_2 AMPLITUDE PHASE 20.000 0.248829E-05 180.000 21.000 0.947415E-06 180.000 22.000 0.588268E-06 0.00000 23.000 0.219248E-05 0.00000 24.000 0.395588E-05 0.00000 25.000 0.602436E-05 0.00000 26.000 0.866219E-05 0.00000 27.000 0.123324E-04 0.00000 28.000 0.183112E-04 0.00000 29.000 0.301290E-04 0.00000 30.000 0.689546E-04 0.00000 31.000 0.430012E-03 180.000 32.000 0.558819E-04 180.000 33.000 0.304872E-04 180.000 34.000 0.211273E-04 180.000 35.000 0.162067E-04 180.000 36.000 0.131603E-04 180.000 37.000 0.110590E-04 180.000 38.000 0.951158E-05 180.000 ***** ANSYS POST26 VARIABLE LISTING ***** TIME 2365 UY UY_2 AMPLITUDE PHASE 39.000 0.832234E-05 180.000 40.000 0.737475E-05 180.000 41.000 0.659662E-05 180.000 42.000 0.594598E-05 180.000 43.000 0.539240E-05 180.000 44.000 0.491280E-05 180.000 45.000 0.449232E-05 180.000 46.000 0.412211E-05 180.000 47.000 0.379099E-05 180.000 48.000 0.349251E-05 180.000 49.000 0.322221E-05 180.000 ***** ANSYS POST26 VARIABLE LISTING ***** TIME 2365 UY UY_2 AMPLITUDE PHASE 58.000 0.153665E-05 180.000 59.000 0.139761E-05 180.000 60.000 0.126379E-05 180.000 61.000 0.113397E-05 180.000 62.000 0.100758E-05 180.000 63.000 0.883461E-06 180.000 64.000 0.761271E-06 180.000 65.000 0.639592E-06 180.000 66.000 0.517510E-06 180.000 67.000 0.394222E-06 180.000 68.000 0.268374E-06 180.000 50.000 0.297585E-05 180.000 51.000 0.274977E-05 180.000 52.000 0.254059E-05 180.000 53.000 0.234653E-05 180.000 54.000 0.216463E-05 180.000 55.000 0.199450E-05 180.000 56.000 0.183380E-05 180.000 57.000 0.168159E-05 180.000 69.000 0.139116E-06 180.000 70.000 0.445498E-08 180.000 71.000 0.137503E-06 0.00000 72.000 0.289028E-06 0.00000 73.000 0.452150E-06 0.00000 74.000 0.632126E-06 0.00000 75.000 0.832676E-06 0.00000 76.000 0.106133E-05 0.00000 ***** ANSYS POST26 VARIABLE LISTING ***** TIME 2365 UY UY_2 AMPLITUDE PHASE 77.000 0.132741E-05 0.00000 78.000 0.164504E-05 0.00000 79.000 0.203666E-05 0.00000 80.000 0.253728E-05 0.00000 81.000 0.320830E-05 0.00000 82.000 0.416920E-05 0.00000 83.000 0.567958E-05 0.00000 84.000 0.843102E-05 0.00000 85.000 0.151239E-04 0.00000 86.000 0.569304E-04 0.00000 87.000 0.357393E-04 180.000 88.000 0.141011E-04 180.000 89.000 0.894498E-05 180.000 90.000 0.661652E-05 180.000 91.000 0.528862E-05 180.000 92.000 0.442422E-05 180.000 93.000 0.381400E-05 180.000 94.000 0.335900E-05 180.000 95.000 0.300518E-05 180.000 ***** ANSYS POST26 VARIABLE LISTING ***** TIME 2365 UY UY_2 AMPLITUDE PHASE 96.000 0.272079E-05 180.000 97.000 0.248702E-05 180.000 98.000 0.229008E-05 180.000 99.000 0.212202E-05 180.000 100.00 0.197599E-05 180.000

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfLuận văn thạc sĩ khoa học nghành Công nghệ chế tạo máy- Nghiên cứu công nghệ gia công lỗ sâu chính xác ứng dụng trong Quốc Phòng và Thuỷ khí Ở nước ta.pdf