BÀI TẬP LỚN1

[Type the document title]

BÀI TẬP LỚNMÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP VÀ Y TẾ

Họ Và Tên:

Lớp :

MSSV:

Đề tài: Tìm Hiểu Nguyên Lý Hệ Thống Siêu Âm Với Công Suất Phát P= Kw, Tần Số f= hz Dùng Biến Tử , Sử Dụng Trong .

Nội Dung Đề Tài.

Chương 1: Tổng Quan Về Kỹ Thuật Siêu ÂmChương 2: Cơ Sở Vật Lý Của Dao Động Siêu Âm.Chương 3: Biến Tử.Chương 4: Chọn Máy Phát.Chương 5: Giới Thiệu Thiết Bị Công Nghệ.Chương 6: Giới Thiệu Công Nghệ Rửa Sạch.

Page 1


Chương 1 : Tổng Quan về Kỹ Thuật Siêu Âm1.Khái niệm chung:

- Siêu âm là những dao động đàn hồi có tần số f >16 kHz, cao hơn tần số âm mà con người nghe được. Dao động siêu âm nhận được từ những nguồn phát khác nhau: -Biến đổi chuyển động của các dòng thủy khí thành dao động siêu âm. -Chuyển đổi dao động điện thành dao động siêu âm nhờ các biến tử.Hệ thống thiết bị công nghệ siêu âm bao gồm: -Nguồn phát dao động điện tử: ở dạng máy phát điện tử, bán dẫn, Thiristor… -Biến tử: Là phần tử biến đổi dao động điện thành dao động cơ trên cơ sở sử dụng hiệu ứng từ giảo hay áp điện. -Các phẩn tử truyền dao động đàn hồi từ biến tử đến mối trường sử dụng.

+ Nguồn biến dao động điện thành dao động siêu âm nhờ vật liệu từ giảo như Ni, Fe –Co , pherit…

Biến tử từ giảo+ Nguồn biến dao động điện thành dao động siêu âm nhờ vật liệu áp điện

như BaTiO3.

Biến tử áp điện-Hệ thống thiết bị siêu âm

Page 2

Thiết bị công nghệ (máy gia công,bộ rửa,máy hàn…)

Biến tửMáy phát

ƒ > 16 kHz


Cũng như dao động âm, dao động siêu âm lan truyền dưới dạng song đàn hồi trong các môi trường khí, lỏng, rắn. Phần lớn các định luật đắc trưng cho dao động âm gần đúng với dao động siêu âm; tuy nhiên do tần số của dao động siêu âm cao hơn tần số dao động âm nên các tính chất của dao động đàn hồi có thay đổi và tác dụng của dao động siêu âm vào vật chất cũng thay đổi.2.Ứng dụng của siêu âm

- Siêu âm biên độ nhỏ (biến áp điện): dùng để kiểm tra, thăm dò, đo lường, hay trong ngành Quốc phòng.

- Siêu âm biên độ lớn ( biến từ giảo): hầu hết sử dụng trong các lĩnh vực công nghiệp như : luyện kim, chế tạo phôi (đúc, hàn, gia công áp lực), công nghệ làm sạch, khử trùng, và dùng trong cả Quốc phòng.

Chương 2

Cơ Sở Vật Lý Của Dao Động Siêu Âm .

A. Khái niệm* Cơ sở vật lýCơ sở vật lý là sự phản hồi của tia siêu âm từ các tổ chức trong cơ thể , sự phản hồi này phụ thuộc vào:- Tốc độ truyền của sóng âm trong môi trường- Trở kháng âm của môi trường- Sự hấp thụ của tổ chức- Thông số(f,λ) của sóng siêu âm và cấu trúc hình học của tổ chức* Tốc độ truyền của sóng âm:Phụ thuộc vào môi trường. Tốc độ trung bình của sóng siêu âm trong các tổ chức phần mềm λ≈ 1540m/s. Biết được vận tốc truyền, khi đo thời gian đi và về của sóng siêu âm ta có thể định vị trí rõ được bề mặt phản xạ* Trở kháng âm của môi trường và các định luật truyền âm- Trở kháng âm z: Trở kháng âm của môi trường gọi nôm na là độ vang hay độ dội của sóng âm trong môi trườngTrở kháng của môi trường có vai trò quyết định với biên độ của sóng phản xạ trên mặt phân cách giữa 2 môi trường- Sự phản xạ và sự khúc xạ

Page 3


Âm được truyền đi theo những tia gọi là âm tia.Phản xạ và khúc xạ: Khi sóng âm truyền trong môi trường đồng nhất và đẳng hướng nó sẽ truyền theo phương thẳng; khi gặp mặt phân cách đủ lớn giữa 2 môi trường có trở kháng âm khác nhau tức là có vận tốc truyền âm khác nhau, tia âm sẽ tuân theo định luật phản xạ và khúc xạ. Một phần năng lượng của sóng âm sẽ phản xạ ngược trở lại và phần còn lại sẽ truyền tiếp vào môi trường thứ 2.

Dao Động Siêu Âm là 1 dạng sóng điều hòa mang tính chất của dao động tự do và dao động cưỡng bức.

B. Dao động điều hòa, dao động tự do, dao động cưỡng bứcI.Dao Động Điều Hòa.

Dao động điều hòa là các chuyển động dao động mà các đại lượng dặc trưng cho nó lặp đi lặp lại theo nhưng khoảng thời gian như nhau(chu kì T).

- Tần số của dao động f=1/T.

Quy luật của dao động điều hòa là các dao động hình sin. Đặc trưng của dao động điều hòa theo : ξ(t)= Asin (ωt+φ)

Trong đó:

A: Biên độ dao động.

ωt+φ : pha của dao động.

φ: góc pha.

ω: Tần số Góc ω = =2πf.

T : chu kì.

f:Tần số

Tốc độ của dao động (υ = )

Page 4


Gia Tốc của dao động điều hòa : a = .

Nhận xét: Các đại lượng ξ, υ, a khi dao động điều hòa thay đổi 1 cách chu kỳ theo thời gian t với cùng tần số nhưng lệch pha.

II. Dao động tự do.

Định nghĩa: Dao động tự do là dao động điều hòa của vật thể do bản thân thực hiện dưới tác dụng của lực đàn hồi và lực quán tính (dao động quanh vị trí cân bằng).

Phương trình vi phân của dao động tự do.

Được thiết lập dựa trên cơ sở lực đàn hồi và lực quán tính.

Lực đàn hồi: Fd=xi. ξξ: dịch chuyển.xi: hằng số đàn hồi.

Lực quán tính:Fqt=m.a=m.

m: khối lượng.

t: thời gian.

Phương trình vi phân của dao động tự do.

Fd=Fqt => ξ = m.

=> xi. ξ - m. = 0

=> + = 0

ω0 : là tần số riêng của hệ dao động.

Biểu thức của dịch chuyển : ξ(t)= Asin (ωt+φ).

Thế năng của dao động :

Page 5


Wt = . = = .

Động năng của dao động :

Wd = = .

Năng lượng toàn phần của dao động:

W = Wt+Wd = =

III. Dao động tự do tắt dần:

là dao động tự do của vật thể dưới t/d của lực đàn hồi, lực quán tính, lực ma sát do đó làm biên độ dao động tắt dần.

- Biểu thức của lực ma sát Fms = -r.vr là hệ số tổn hao do ma sát.

Phương trình vi phân của dao động tự do tắt dần có dạng :

m + r + xi. ξ = 0

+2δ + 0. ξ = 0

Page 6


ω0 : là tần số riêng của hệ dao động.

δ = : tần số suy giảm.

Biểu thức đối với dịch chuyển : ξ = A. .

Nhận xét : hệ dao động có tổn hao ma sát sẽ có sự suy giảm về biên độ, gia tốc, còn dao động cả về tần số.

IV. dao động cưỡng bức.

Là dao động gây ra do tác dụng của ngoai lực điều hòa. Biểu thức của ngoại lực điều hòa. Fn = F0 sinωt.

Phương trình vi phân của dao động cưỡng bức :

m + r + xi. ξ = F0 sinωt

biểu thức của ξ có dạng:

ξ=A sinωt(không tổn hao)

A=

A- Biên độ.

F- ngoại lực tác dụng.

ω0,ω là tần số góc riêng và tần số góc của hệ dao động.

f0,f là tần số riêng và tần số góc của hệ dao động.

δ =

δ: hệ số suy giảm.

r : hệ số cản.

Page 7


V. Hiện tượng cộng hưởng

là hiện tượng khi tần số của ngoai lực tác dụng bằng tần số riêng của hệ dao động.

Khi f = f0 thì biên độ dao động tăng đột ngột.

δ1< δ2< δ3< δ4

Amax khi f = f0.

Biên độ cộng hưởng Amax= =

Trong đó: r = δ.2m; ω0 = 2πf0

VI. Hệ số phẩm chất và hệ số tổn hao.

1. Hệ số phẩm chất đặc trưng cho sự tăng biên độ dịch chuyển của hệ dao động, tăng tốc độ, tăng lực khi hệ dao động công hưởng là tỷ số giữa công suất phản kháng và công suất tổn hao.

Q = =

2. Hệ số tổn hao: ξ= .

Nhận xét: Tốn hao trong môi trường phu thuộc tính chất cơ lý, cấu trúc môi trường, tần số dao động.

VII. Trở kháng dao động của hệ dao động.

Page 8


Z = Fo biên độ lực.

V0 biên độ tốc độ.

= I0(R+X).

I =

Nhận xét : hệ dao động coi là cứng khí trở kháng cơ học lớn(Z rất lớn) và v rất nhỏ.

+ hệ dao động coi là mềm khi Z nhỏ và v lớn.

+ ở thời điểm cộng hưởng ω = ω0 (f = f0) thì Zmin = r

C. Sóng âm và Siêu âm.

1.Khái niệm :

Là quá trình lan truyền song đàn hồi ở tần số âm và siêu âm, tạo nên sóng âm và siêu âm.

λ - gọi là bước song.

λ = C.T =

C - Tốc độ truyền song.

T - Chu Kì.

F - Tần số.

f < 16000 HZ âm.

f ( 16000 – 20000 HZ) Siêu âm

Page 9


f > 108 Âm siêu cao

Các loại sóng đàn hồi:

1.tùy thuộc vào môi trường đàn hồi.

+sóng dọc áp suất (kéo nén)

+sóng trượt áp suất τ (sự trượt)

+sóng phẳng nguồn phát là mặt phẳng.

+sóng trụ: nguồn phát là mặt trụ.

+sóng cầu: nguồn phát là mặt cầu.

2.Công dụng

-sóng dọc truyền:

- sóng vừa dọc vừa ngang : .

- sóng ngang:

- sóng uốn:

Page 10


-sóng xoắn:

Chú ý:

-Trong môi trường chất lỏng và chất khí chỉ truyền được sóng dọc

-Trong môi trường chất rắn truyền được tất cả các loại sóng.

II. Phương trình truyền sóng và các biểu thức cơ bản đối với sóng âm và siêu âm.

1.phương trình truyền sóng âm trong môi trường đàn hồi.

a,phương trình truyền sóng phẳng.

=

ξ biên độ dịch chuyển.

x tốc độ truyền sóng.

C tốc độ truyền sóng.

T thời gian.

Nghiệm của phương trình : ξ(x,t) = A sin(ωt )

k

b, phương trình truyền sóng trụ

A : biên độ

ω : tần số góc.

k

Page 11


ξ(r,t) = sin(ωt )

c, phương trình truyền sóng cầu.

ξ(r,t) = sin(ωt )

2.Các biểu thức cơ bản của sóng phẳng không kể tổn hao.

a, Tốc độ dao động.

hàm của biên độ theo t :

V(x,t) = = A ωcos(ωt )

=V0 cos(ωt )

V0 biên độ tốc độ

Với sóng biến dạng : ξ =

(x,t) = = ± A.k. cos (ωt ) = 0 .cos (ωt )

Với 0 = A . k biên độ của sóng biến dạng.

c, biểu thức với sóng ứng suất

= E. = E . = ± E.A.k. cos (ωt ) = 0 cos (ωt )

0 là biên độ sóng ứng suất.

d, Biểu thức sóng áp lực :

P (x,τ) =- (x,τ) = ± E.A.k. cos (ωt ) = P0 cos (ωt )

Page 12


P0 biên độ sóng áp lực.

3.Biểu thức sóng phẳng trong môi trường đàn hồi có tổn hao (hệ số suy giảm).

a. dịch chuyển

ξ(ξ,t) = A sin(ωt )

b. biểu thức với tốc độ.

V(x,t) = = V0 cos(ωt )

c. biểu thức biến dạng

(x,t) = = A cos(ωt )

III. Tốc độ truyền sóng âm trong lỏng khí rắn.

1.Tốc độ truyền sóng âm trong chất khí.

C =

C : tốc độ truyền sóng(cm/s).

: hệ số.

áp suất(N/ )

mật độ (g/cm3)

2.Tốc độ truyền sóng âm trong chất lỏng

C =

C : tốc độ truyền sóng.

Page 13


: mật độ chất lỏng(g/cm3)

hệ số ép đẳng nhiệt( /N)

3.Tốc độ truyền sóng âm trong chất răn

Loạisóng

Kích thước vật thểλ<< kích thước vật λ>> kích thước vật

Sóng dọc

C= Thanh C=

Tấm C=

Sóng ngang C=

---------------------------

Sóng uốn ----------------------------

C=

Sóng xoắn ----------------------------

C=

Ghi chú :

μ: hệ số poision. λ- bước sóng G- modul trượt

Page 14


E- Modul đàn hồi. - mật độ C- tốc độ truyền sóng

IV. Áp lực âm, năng lượng âm, trở kháng âm, công suất âm dương phần.

1.Áp lực âm.

P = P1 - P2 (N/Cm3)

P1 = áp lực tĩnh của môi trường.

P2 = áp lực thay đổi do sóng âm gây ra.

P = P0 cos(ωt )

P0 = .c.v0 = c ω A biên độ áp lực âm.

mật đô

C tốc độ âm.

ω =2πf tần số góc.

A biên độ dich chuyển.

2.Năng lượng âm .

= = .

- năng lượng âm.

m- kích thước

v- thể tích

v0 biên độ tốc độ dao động.

3.Cường độ âm

I = .C = .C. .ω2.A2

Page 15


Tốc độ âm(eng/ )

-nghe được : I < 10-3 ω/cm2

-bình thường 0,1 < I < 2 ω/cm2

-cao I > 104 ω/cm2

4.Trở kháng sóng âm trong môi trường.

Z = =

=

5. Công suất âm.

W =

Bảng ,c, α khí, lỏng.

Môi trường Nhiệt độ (g/cm2) C(cm/s) Trở kháng Z

Hơi nước 134 ------------- 0,14 .105 ----------------Không khí 20 1,29 .10-3 0,34.105 44,2Nước 20 0.99 1,4.105 1,49.105

Biển 17 ------------- 1,51-1,53 .105 ----------------

Bảng ,E,G,μ rắn.

Vật Liệu (g/cm3) E,G G μ C.10-5

NiKen 9,8 2,05 0,7 0,31 4,78Thép C 7,8 2,04 0,28 0,28 5,05

Page 16


V. Sự hấp thụ âm, phản xa âm, sóng âm đứng, dòng âm, sự xâm thực.

1. Sự hấp thụ âm:

-đặc trưng bởi sự giảm cường độ âm và biên độ dao động.

I = I0

2.Sự phản xạ và khúc xạ.

Phản xạ :

I = I0 . k2 k: hệ số phản xạ

K=

Khúc xạ :θ1,θ2

=

Chú ý c2>c1, θ2> θ1

3.Sóng âm đỉnh

-sóng tới: ξ1 = A1 . sin 2π( - )

-sóng phản xả ξ2 = A2 . sin 2π( + )

-sóng đứng:

ξ = ξ1 + ξ2 =2A cos sin t

4.Dòng âm

Khi truyền trong chất lỏng sóng siêu âm tạo ra lượng hạt chuyển động trong chất lỏng là luồng âm

Page 17


Dòng âm tạo ra luồng âm

F =

5. sự xâm thực.

- khi sóng âm truyền trong môi trường nếu có vùng bị ép và vùng bị giãn.

-vùng bị giãn có các bọt khí.

-nửa chu kì sau sẽ bị ép, các bọt khí nổ vỡ tạo lên hiện tượng : 1 áp lực rất lớn trong chất lỏng.

-tạo xung thủy lực bắn phá các vật chất gọi là hiện thực xâm thực.

* Hiện tượng xâm thực phụ thuộc vào tần số f , cường độ âm . khi tần số và cường độ âm tăng sự xâm thực càng tăng.

Chương 3 Biến Tử

Phần tử biến đổi từ dao động điện sang dao động cơ chính là biến tử.

Vật liệu: Ni, Fe,Co,Ferit

Vật liệu từ giản đặt nó trong từ trường làm thay đổi kích thước , hình dạng.

Vật liệu áp điện BaTiO3

Vật liệu thiết kế hệ thống siêu âm cho máy phát sử dụng biến tử co. Vật liệu từ giảo là vật liệu đặt trong từ trường sẽ thay đổi kích thước.

Đặc tính:

+ Hằng số từ giảo λ = = -35.10-6

+ Từ cảm bão hòa Bmax = 0,64 Tesla

+ Độ từ thẩm: μ0 = 400

Page 18


μma = 2500+ Lực khử từ: Hc = 55,7 A/m+ Điện trở suất: ρ = 7.10-6 Ω/m+ Môđun đàn hồi: E = 2,1.106 kg/cm2

+ Mật độ đρ0 = 8,9g/cm3

+ giới hạn bền: σb = 47 kg/cm2

+ Tốc độ truyền sóng âm: c = 4,78.105 cm/sI. Tính toán kích thước biến tử1, Chọn kết cấu : 2 lõi, 1 cửa sổ

2, Tính toán- Diện tích bề mặt phát- S1 = P1 :công suất điện đưa vào biến tử

P0: công suất điện riêng phần của vật liệu biến tử, P0Ni = 50÷80W/cm2

Với P1 = 2,5kw = 2500w

S1 = 2500:50= 25 cm2

Kích thước bề mặt phát (chọn b=6,q=5)b .q =5.5= 30cm

Chiều dài vai (da). Chọnda ≥ a. (chọn a = 2) →theo bảng về biến tử từ giảo Co trên chọn da≈2h0 = arctg[mcotgda]k0 = ===0.26λ0 = = = 23.9cmS0 =a.q=2.5=10cm2

Page 19


S1 = b.q=6.5=30cm2

m =2 (2 lõi)

S1tg = mS0cotgk0da →tg=

→ tg0.13h0 = 5,34.10-3 →h0 = 2,356 (h0 ≠2a)h0 tăng 5% khi f = 20kHz<25kHzh = h0 + 2da = 2,356 + 2.2 = 6,356

II. Tính toán về điện cho biến tử- Công suất phát âm của biến tử

Pa = δ = = 70.10-6

Bmax = 0,64m =2S0 =10cm2

ηc.âm =0,6 ÷ 0,7

β = = = 0,667

ρ0c0 = 8,9 . 4,78 . 105=42,5.105g/cm2s→Pa = 3,4.10-10kw

- Công suất đưa vào biến tửP = = = 6,8 . 10-10 kw (ηđa hệ số hữu ích chuyển điện thành âm 0,4÷0,55)

- Số ampe vòng dây từ hóa (IW0)(chọn b0 = 2)IW0 =H0ltb

Page 20


ltb =1+1+1+1+2h0+2b0 =4+2.2,356+2.2=12,712cmH0 = 10÷20ơstet(chọn 15ơstet) → IW0 = 12,712 . 15 = 190,68

- Số ampe vòng dây kích từIW~ = H~ltb

H~ = 20 ơstet → IW~ = 20 . 12,712 = 254,24H0, H~ cường độ từ trường, từ hóa vào kích từ chọn theo B(Ni) Ltb chiều dài đường từ trong lõi biến tử

- Số vòng dâyn = Có P =0,5 kw chọn U =220Vf = 20kHzB =640 gaoxoS0 = 10→ n ≈40

- Dòng từ hóa

I0 = = = 2,384A

- Dòng kích từ

I~ = = = 3,187

- Dòng tổng cộngI = =3,98 2202 103

- Điện trở tổng

R == =96,8Ω

- Tiết diện

Sd0 = = = 0.45cm2 (i = 6÷8 làm nguội nước)

Page 21


Sd~ = = = 0.59cm2

Chương 4 Chọn máy phát

Phân loại :

+ Theo dạng thiết bị chuyển đổi.

*Máy phát điện tử công suất lớn,u rất lớn.

*Máy phát bán dẫn: công suất nhỏ, trung bình u nhỏ , I lớn.

*Máy phát điện: công suất < 250 kw.

+ Theo sơ đồ

*Máy phát điện tử và bán dẫn có thể kích thích độc lập hoặc tự kích, tự động điều khiển tần số, ổn định thông số công nghệ.

*Máy phát điện: đấu trực tiếp tới tải, nhân tần đến tải.

+ Theo khả năng làm việc.

*Máy phát vạn năng : thay đổi tần số f, P, U dùng luyện kim, gia công cơ khí, hàn.

*Máy phát chuyên môn hóa.

I. Các đặc điểm cơ bản của máy phát siêu âm.

1. Tần số làm việc.

- Nhóm I : Máy phát điện tử : f= 18 ± 1,35 , 20 ± 1,65 , 22 ± 1,65 , 44 ± 4,4 ,

Page 22


- Nhóm II : Máy bán dẫn f= 18 ± 1,35 , 66 ± 6,6 khz.

- Nhóm III : Cả điện tử và bán dẫn dùng kiểm tra siêu âm. f = 0,8 – 20 Mhz

2. Công suất máy phát

+ Nga: 0,04 ÷ 250 kw

+ Việt Nam: 0,1 ÷ 6 kw

3.Hiệu suất máy phát.

η = .100%

P: công suất phát.

P1: công suất tiêu thụ.

4. Độ ổn định f:

f1 = f0

Δf = f1 - f0 </= ± 5.10-3

5. Độ ổn định biên độ dao động ξ.

Δξ < 5.102

6. Chế độ làm việc

- sin : gia công, rửa, hàn.

- xung : kiểm tra.

II. Chọn máy phát siêu âm.

Với công suất lớn P = 0,5 kw ta sử dụng máy phát siêu âm dùng bán dẫn thyristor.

Page 23


Sơ đồ máy phát siêu âm thiristo 200VA.

Máy phát siêu âm thiristor có 3 khối : khối nguồn cung cấp gồm biến áp Tr1,Tr2 và bộ chình lưu. Khối điều khiển ĐK được điều chỉnh bởi điện trở dùng để đóng mở Thiristor công suất T. Khối công suất gồm chủ yếu là Thiristor T được đấu nối với tải Rt. máy phát có công suất 200VA tần số làm việc 20000Hz máy được dùng để cung cấp cho máy gia công siêu âm.

Đặc điểm:

+ Công suất tiêu thụ(kW) P0 = 0,2 ÷7,5 kW

+ Công suất phát (kW) P1 = 0,2 ÷10 kW

+ Hiệu suất η = 70%

+ Tần số f = 17,5 – 28 kHz

+ Điện áp ra tải Ura tải = 150 – 360 V

+ Áp nguồn U~ =220V, 380V

+ Rtải RT = 12Ω

+ Dòng từ hóa I0 = 16 A

+ Dòng kích từ I~ =

Kết luận: Chọn máy phát siêu âm tiristor vì công suất P =0,5kW và

Page 24


f= 20kHz => dòng kích từ I~ = = = 4,722 A

Chương V Giới Thiệu Công Nghệ Gia Công Cơ Khí.

Công nghệ siêu âm được ứng dụng rất nhiều trong gia công cơ khí với 5 hướng ứng dụng cụ thể:

1. Gia công chi tiết bằng sự chuyển động của các hạt mài trong trường siêu âm

Cấu tạo:

Nguyên lý làm việc

Truyền dao động siêu âm vào bể gia công làm các hạt mài chuyển động va đập vào chi tiết gia công làm mòn chi tiết gia công.

Đặc điểm: cho độ chính xác : = ± 0,005mm

2. Gia công kích thước bằng sự va đập của dụng cụ siêu âm vào hạt mài.

Cấu Tạo:

Nguyên lý :

Dùng máy phát cao tần tác động vào biến tử làm dao động với biên độ ξ (dọc) đưa vào dụng cụ gia công tác dụng vào hạt mài làm ảnh hưởng đến chi tiết gia công

Chủ yếu là vật liệu cứng giòn và vật lieu bán dẫn dùng trong công nghiệp điện tử

Chương 6 : GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ

I. Khái niệm:

1. Gia công chi tiết bằng sự chuyển động tự do của hạt mài:

Page 25


Trong trường siêu âm,hạt mài và chi tiết chuyển động,dưới tác dụng của dòng âm,hạt mài va đập vào chi tiết làm mòn chi tiết.

Phương pháp này sử dụng siêu âm : tần số f = 16-30 kHz,biên độ A =

0,01-0,06 mm,đạt độ chính xác 0,005mm;dùng để tẩy ba via chi tiết sau khi

gia công cơ khí.

2. Gia công chi tiết bằng sự va đập của dụng cụ:

Dụng cụ có dao động siêu âm va đập vào hạt mài,làm cho hạt mài gia tốc động năng va đập vào chi tiết làm mòn chi tiết gia công.

Phương pháp này sử dụng siêu âm có tần số f = 18-22 kHz, biên độ A =

0,01-0,06mm,đạt độ chính xác 0,01,độ bóng Ra=1,25; dùng nhiều trong gia

công các vật liệu bán dẫn,vật liệu cứng dòn.

3. Làm sạch bề mặt đá mài:

Dụng cụ sửa đá mài có dao động siêu âm tác dụng trực tiếp vào bề mặt đá,áp lực của dòng âm sẽ làm tróc đi phoi kim loại bị nhét chặt vào khe giữa các hạt mài trong quá trình mài,làm cho đá mài tự mài sắc,giảm ma sát,giảm nhiệt cắt,giàm lực cắt khi mài,tăng độ chính xác và độ bóng gia công. Phương pháp này sử dụng siêu âm có tần số f = 18-22 kHz,biên độ A = 0,01-0,06mm;trang bị đầu siêu âm tự động sửa đá cho máy mài trong dây chuyền tự động.

4. Gia công cắt gọt có ứng dụng siêu âm:

Truyền dao động siêu âm vào các dụng cụ cắt thông thường ( như dao tiện,mũi khoan doa,dao phay,ta rô,bàn ren…),làm giảm ma sát,giảm lực cắt,tăng độ chính xác gia công.

Phương pháp này sử dụng siêu âm có tần số f = 18-22 kHz,biên độ A = 0,01-0,06mm,dùng nhiều trong gia công các vật liệu bán dẫn và vật liệu cứng dòn.

5. Làm bền mặt chi tiết bằng siêu âm:

Dụng cụ có dao động siêu âm miết vào bề mặt chi tiết làm biến dạng lớp bề mặt chi tiết,làm tăng độ cứng,tăng độ bền mòn lớp bề mặt.

Page 26


Phương pháp này sử dụng siêu âm có tần số f = 16-22 kHz,biên độ A= 0,01-0,06mm.

II. Máy cắt siêu âm:

Máy cắt siêu âm có đầu siêu âm va đập vào hạt mài,hạt mài lại va đập vào vật gia công làm mòn vật gia công. Phương pháp này chủ yếu dùng gia công các vật liệu bán dẫn,vật liệu cứng dòn.

1. Phân loại: 3 nhóm máy

-Nhóm máy công suất nhỏ : Công suất P = 0,2-0,3KW,tần số f =18-

22kHz,gia công lỗ =0,15mm.

-Nhóm máy công suất trung bình : P = 0,3-1,5 KW,tần số f = 18-

22kHz,độ chính xác 0,01mm;độ bóng Ra=0,3 M.

-Nhóm máy công suất lớn : P > 1,5 KW,tần số f = 18-22kHz, độ

chính xác 0,01mm; độ bóng Ra = M.

2. Kết cấu máy gia công siêu âm:

-Bàn máy: có chuyển động 3 chiều (x,y,z) như máy phay.

-Đầu siêu âm: gồm biến tử,dụng cụ gia công gắn liền với biến tử, hộp làm nguội. Đầu siêu âm có chuyển động trượt theo phương z thẳng đứng. Tất cả được treo bởi 1 đối trọng, để tạo lực ép tĩnh lên vật gia công.

3. Máy công cụ cắt gọt có ứng dụng siêu âm:

-Máy tiện siêu âm : Như máy tiện thường, có đầu siêu âm truền dao động siêu âm vào dao tiện.

-Máy phay siêu âm: Như máy phay đứng, có đầu siêu âm truyền dao động siêu âm vào dao phay.

-Máy khoan doa siêu âm: Như máy khoan đứng, có truyền dao động siêu âm vào mũi khoan,doa.

-Máy mài siêu âm: Truyền dao động siêu âm vào trục đá mài.

Page 27


-Máy làm ren siêu âm: Truyền dao động siêu âm vào dụng cụ cắt ren.

III. Thanh truyền song và dụng cụ gia công:1. Thanh truyền sóng:

Nối biến tử và dụng cụ gia công, truyền dao động siêu âm từ biến tử tới dụng cụ gia công.

Phương trình truyền sóng:

+ + k. ξ = 0 Ở đây: k = =

ξ (x.t) = ξ (x). -Dịch chuyển,nghiệm của phương trình truyền

song.

2. Các kiểu thanh truyền song:

-Kiểu hình trụ, trụ bậc.

-Kiểu hình côn.

3. Dụng cụ gia công:

Bề mặt dụng cụ gia công có hình tiết diện lỗ gia công.

IV. Đặc trưng công nghệ của gia công siêu âm:1. Năng suất cắt :

Tính bằng thể tích vật liệu được cắt:

V = S.F

F: Tiết diện ngang bề mặt cắt dụng cụ.

S: Lượng chạy dao.

2. Nguyên tố ảnh hưởng đến gia công siêu âm:

-Biên độ dao động A.

-Tần số dao động f.

Page 28


-Năng suất gia công V. Lượng chạy dao S.

-Lực ép tĩnh của dụng cụ cắt vào vật gia công.

-Độ cứng của vật liệu gia công.

V. Quá trình Tiện,Khoan doa,Phay,Mài,Cắt ren có tác dụng siêu âm:

1. Tiện:

-Truyền dao động siêu âm vào dao tiện.

-Đặc điểm: Trị số, hướng véc-tơ tốc độ cắt thay đổi ma sát, lực cắt

giảm, năng suất, độ chính xác, độ bóng tăng.

2. Khoan,khoét,doa:

-Truyền dao động siêu âm vào mũi khoan, mũi khoét, mũi doa.

-Đặc điểm: Giảm momen cắt 2-2,5 lần, lực cắt giảm 15-20%, độ bóng

tăng từ 5- 8.

3. Phay:

-Truyền dao động siêu âm vào dao phay (ngón).

-Đặc điểm: Dao phay p18, vật gia công thép không gỉ 1X18H9T, biên độ

dao động A = 0,02-0,025 mm,tần số f =20 kHz năng suất tăng 2 lần,độ chính

xác tăng, độ bong tăng.

4. Mài:

-Truyền dao động siêu âm vào đá mài, phôi.

-Đặc điểm: Vật liệu gia công thép dụng cụ, tần số siêu âm f = 10-18 kHz, biên độ A = 0,02mm, năng suất tăng, độ chính xác tăng, độ bong tăng, giá thành giảm 3-4 lần.

5. Cắt ren:

-Truyền siêu âm vào dụng cụ cắt.

Page 29


-Đặc điểm: Tần số siêu âm f = 20kHz, biên độ A = 0,02mm momen

xoắn giảm 2 lần, độ chính xác tăng gấp 2, năng suất tăng 1,5-2 lần.

Page 30

Documents

BÀI TẬP LỚN1