Tài liệu Đánh giá ảnh hưởng của rung động siêu âm trợ giúp khoan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - CÔNG NGHỆ THÁI NGUYÊN ĐỖ ĐỨC DŨNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐỘNG SIÊU ÂM TRỢ GIÚP KHOAN LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI NGUYÊN – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - CÔNG NGHỆ THÁI NGUYÊN ĐỖ ĐỨC DŨNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐỘNG SIÊU ÂM TRỢ GIÚP KHOAN LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã Số: 8 52 01 03 Ngày bảo vệ luận văn: 24/12/2022 Người hướng dẫn khoa học: TS. Chu Ngọc Hùng THÁI NGUYÊN – 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Chu Ngọc Hùng. Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn (trừ những nội dung được trích dẫn) là do bản thân tự nghiên cứu, không sao chép của bất kỳ ai hay nguồn nào. Thái Nguyên, ngày 5 tháng 12 năm 2022 Tác giả luận văn Đỗ Đức Dũng ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình của khóa học đào tào trình độ Thạc sĩ và thực hiện luận văn này. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến ban Giám hiệu, khoa Cơ khí và phòng Đào tạo trường Đại học Kinh tế-Công nghệ Thái Nguyên. Tôi xin chân thành cảm ơn ban Giám hiệu và khoa Công nghệ Cơ khí trường Cao đẳng Công nghiệp Bắc Ninh đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa học này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới người hướng dẫn khoa học, TS Chu Ngọc Hùng đã tận tình hướng dẫn và trợ giúp tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Dự và nhóm nghiên cứu Động lực học và Điều khiển (Dynamic & Control Lab RIAT) trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi trong việc thực hiện các thí nghiệm cho nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên của gia đình và các đồng nghiệp trong suốt thời gian tôi học tập và thực hiện luận văn. Thái Nguyên, ngày 5 tháng 12 năm 2022 Tác giả luận văn Đỗ Đức Dũng iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết................................................................................................. 1 2. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................. 2 2.1 Mục tiêu ................................................................................................ 2 2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 3 3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 3 4. Ý nghĩa khoan học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ....................................... 3 4.1 Ý nghĩa khoa học.................................................................................. 3 4.2 Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................. 4 5. Những đóng góp mới của đề tài .................................................................... 4 6. Cấu trúc nội dung luận văn ........................................................................... 4 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KHOAN CÓ RUNG ĐỘNG SIÊU ÂM TRỢ GIÚP.................................................................................................................. 6 1.1 Giới thiệu ................................................................................................. 6 1.2 Gia công khoan ........................................................................................ 6 1.3 Gia công có rung động siêu âm trợ giúp ................................................. 7 1.4 Phương pháp tạo rung động siêu âm ....................................................... 8 iv 1.5 Khoan có rung động siêu âm trợ giúp ..................................................... 9 1.5.1 Nguyên tắc bổ sung rung động siêu âm .......................................... 10 1.5.2 Tổng quan về khoan có rung động siêu âm trợ giúp ....................... 12 1.6 Khả năng gia công của hợp kim nhôm khi khoan ................................. 17 Kết luận chương 1 ........................................................................................... 18 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH KHOAN CÓ RUNG ĐỘNG SIÊU ÂM TRỢ GIÚP ........................................................................ 19 2.1 Giới thiệu ............................................................................................... 19 2.2 Cơ chế của quá trình khoan có rung động siêu âm trợ giúp .................. 19 2.3 Động học của quá trình khoan có rung động siêu âm trợ giúp.............. 21 Kết luận chương 2 ........................................................................................ 24 Chương 3 THIẾT LẬP HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ..................................... 26 3.1. Giới thiệu .............................................................................................. 26 3.2 Thiết lập hệ thống thí nghiệm ................................................................ 26 3.2.1 Mục đích thí nghiệm ....................................................................... 27 3.2.2 Thiết bị thí nghiệm .......................................................................... 28 3.2.3 Dụng cụ đo và thiết bị thu thập dữ liệu ........................................... 31 Kết luận chương 3 ........................................................................................ 34 v Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM.................................................. 35 4.1 Giới thiệu ............................................................................................... 35 4.2 Thiết kế thí nghiệm ................................................................................ 35 4.3 Kết quả thực nghiệm .............................................................................. 38 4.4 Thực nghiệm so sánh nhiệt cắt .............................................................. 47 4.5 Thực nghiệm Taguchi ............................................................................ 50 4.6 Thực nghiệm so sánh chất lượng lỗ khoan ............................................ 54 Kết luận chương 4 ........................................................................................ 63 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ............................................................................ 64 Kết luận chung ............................................................................................. 64 Đề xuất nghiên cứu tiếp theo ....................................................................... 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 66 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3. 1 Các thông số cơ bản của máy gia công .......................................... 28 Bảng 3. 2 Thành phần hóa học của hợp kim nhôm Al6061T6 ....................... 29 Bảng 3. 3 Thông số máy phát điện siêu âm .................................................... 30 Bảng 3. 4 Thông số của bộ chuyển đổi siêu âm.............................................. 31 Bảng 3. 5 Thông số của cảm biến nhiệt độ ..................................................... 31 Bảng 3. 6 Bảng thông số của bộ thu thập dữ liệu ........................................... 32 Bảng 4. 1 Thông số thí nghiệm ………………………………………………38 Bảng 4. 2 Bảng ma trận thí nghiệm …………………………………………38 Bảng 4. 3 Kết quả thí nghiệm ……………………………………………….40 Bảng 4. 4 Thống kê đường kính và độ lay rộng lỗ khoan …………………..55 Bảng 4. 5 Bảng kết quả so sánh độ lay rộng trên phần mềm Minitab ……...59 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hiệu ứng áp điện ................................................................................ 9 Hình 1.2 Dụng cụ cắt có tích hợp cơ cấu rung: (a) sử dụng PZT dạng màng mỏng [21], (b) sử dụng PZT dạng tấm xếp chồng[22] ..................................... 9 Hình 2.2 Dao động của mũi khoan khi rung [50] ........................................... 19 Hình 3. 1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm .............................................................. 26 Hình 3. 2 Hệ thống thí nghiệm ....................................................................... 27 Hình 3. 3 Mũi khoan xoắn-thép gió tiêu chuẩn .............................................. 28 Hình 3. 4 Mẫu thí nghiệm ............................................................................... 29 Hình 3. 5 Máy phát điện siêu âm .................................................................... 29 Hình 3. 6 Đầu rung siêu âm P50204Z ............................................................ 30 Hình 3. 7 Giao diện phần mềm điều khiển máy phát điện.............................. 30 Hình 3. 8 Cảm biến nhiệt độ ........................................................................... 31 Hình 3. 9 Đồng hồ so MИΓ............................................................................. 32 Hình 3. 10 Bộ thu thập dữ liệu ....................................................................... 32 Hình 3. 11 Thu thập dữ liệu từ cảm biến ........................................................ 33 viii Hình 4. 1 Thiết kế ma trận thí nghiệm Taguchi trong phần mềm Minitab18 . 35 Hình 4. 2 Biểu đồ thu thập dữ liệu của một lỗ khoan ..................................... 39 Hình 4. 3 Nhiệt cắt ở tốc độ cắt 1000 (vòng/phút): (a) 0,05 (mm/vòng); (b) 0,065 (mm/vòng); (c) 0,085 (mm/vòng) ......................................................... 41 Hình 4. 4 Nhiệt cắt ở tốc độ cắt 1250 (vòng/phút): (a) 0,05 (mm/vòng); (b) 0,065 (mm/vòng); (c) 0,085 (mm/vòng) ......................................................... 42 Hình 4. 5 Nhiệt cắt ở tốc độ cắt 1500 (vòng/phút): (c) 0,085 (mm/vòng) ...... 43 Hình 4. 6 Biểu đồ thống kê nhiệt cắt trung bình ở tất cả các thí nghiệm cho cả hai trường hợp UAD và CD ............................................................................ 43 Hình 4. 7 Ảnh hưởng của tốc độ trục chính .................................................... 44 Hình 4. 8 Ảnh hưởng của lượng tiến dao ........................................................ 44 Hình 4. 9 Biểu đồ thống kê giá trị lớn nhất của: nhiệt, lực dọc trục, mô men 45 Hình 4. 10 Biểu đồ thống kê giá trị lớn nhất của: nhiệt và mô men ............... 45 Hình 4. 11. Ảnh hưởng của tốc độ cắt và lượng tiến dao đến nhiệt độ trung bình khi khoan thường (CD) ................................................................................... 46 Hình 4. 12 Ảnh hưởng của tốc độ cắt và lượng tiến dao đến nhiệt độ trung bình khi khoan có rung động siêu âm trợ giúp (UAD) ........................................... 46 Hình 4. 13 So sánh theo toàn tập mẫu trong phần mềm Minitab ................... 47 Hình 4. 14 Kết quả so sánh toàn tập mẫu........................................................ 48 ix Hình 4. 15 So sánh theo từng cặp mẫu trong Minitab .................................... 49 Hình 4. 16 Kết quả phân tích Taguchi với trường hợp CD ............................ 50 Hình 4. 17 Kết quả phân tích Taguchi với trường hợp UAD ......................... 51 Hình 4. 18 Biểu đồ Histogram: (a) trường hợp UAD và (b) trường hợp CD . 52 Hình 4. 19 Chồng biểu đồ Histogram UAD và CD ........................................ 53 Hình 4. 20 Biểu đồ so sánh nhiệt độ của toàn bộ 27 thí nghiệm .................... 54 Hình 4. 21 Ảnh chụp lỗ khoan trên kính hiển vi điện tử ................................ 55 Hình 4. 22 Kết quả phép so sánh toàn tập mẫu (dạng Individual value plot) . 58 Hình 4. 23 Kết quả phép so sánh toàn tập mẫu (dạng Boxplot) ..................... 58 Hình 4. 24 Kết quả phân tích thống kê độ lay rộng lỗ khoan ......................... 59 Hình 4. 25 Biểu đồ phân bố tần số (Histogram) của độ lay rộng lỗ ............... 60 Hình 4. 26 Mức độ lay rộng lỗ khoan toàn bộ 27 thí nghiệm ......................... 61 Hình 4. 27 Biểu đồ mô tả đồng thời nhiệt độ phôi và độ lay rộng lỗ khoan với trường hợp CD ................................................................................................ 62 Hình 4. 28 Biểu đồ mô tả đồng thời nhiệt độ phôi và độ lay rộng lỗ khoan với trường hợp UAD ............................................................................................. 62 x DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT Ý nghĩa Kí hiệu 1D-VAM Rung theo một phương 2D-VAM Rung theo hai phương CD EUVAC Khoan thường (Conventional Drilling) Rung động siêu âm trợ giúp gia công dạng 2D (dạng elip Elliptic Ultrasonic Vibration Assisted Cutting) MQL Bôi trơn làm nguội tối thiểu (Minimum Quantity Lubrication) MRR Tốc độ bóc tách vật liệu (Material Removal Rate) PZT Vật liệu áp điện (Pb, Zorconi, Titan) S/N Tỉ số tín hiệu trên nhiễu (Signal-To-Noise) UAD Rung động siêu âm trợ giúp khoan (Ultrasonic Assisted Drilling) UAG Rung động siêu âm trợ giúp mài (Ultrasonic Assisted Grinding) UAM Rung động siêu âm trợ giúp phay (Ultrasonic Assisted Milling) UAT Rung động siêu âm trợ giúp tiện (Ultrasonic Assisted Turning) UVAM Rung động siêu âm trợ giúp gia công (Ultrasonic Vibration Assisted Machining) xi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU Ý nghĩa Kí hiệu Đơn vị A Biên độ rung µm f Tần số rung Hz L/D Tỉ lệ độ sâu lỗ khoan trên đường kính t°max_CD_ij Nhiệt lớn nhất trên chi tiết khi khoan thường 0 C t°max_UAD_ij Nhiệt lớn nhất trên chi tiết khi khoan có rung trợ 0 C T Mô giúpmen xoắn mũi khoan (Torque) F Lực dọc trục (Thrust forre) Ncm N 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Khoan là một trong những nguyên công cắt kim loại quan trọng nhất và là một trong những nguyên công cuối cùng [1, 2]. Do mũi khoan có độ cứng vững thấp nên dễ bị gãy khi khoan sâu. Khi mũi khoan bị gãy, những chi tiết đắt tiền (chẳng hạn như khuôn dập vỏ ô tô, trục khuỷu…) được khoan có thể trở thành phế phẩm, quá trình sản xuất có thể bị gián đoạn. Vì vậy, tín hiệu lực cắt (mô men xoắn và lực dọc trục) là chỉ số quan trọng và thường được dùng để giám sát quá trình khoan [3-7]. So với các quá trình gia công có không gian thoát phoi hở như tiện, phay hoặc mài… thì không gian thoát phoi khi khoan là kín. Vì vậy, khoan đối mặt với các vấn đề nghiêm trọng như kẹt phoi và nhiệt cắt lớn do dung dịch trơn nguội khó xâm nhập được vào vùng cắt. Khi lỗ khoan có tỉ lệ độ sâu trên đường kính lớn hơn 3 (L/D>3) thì được xem tương tự như gia công khô ngay cả khi tưới tràn [8, 9]. Ở một số trường hợp, khoan khô đã được khẳng định là không thể, chẳng hạn như khoan các loại hợp kim nhôm [10-12] hoặc khoan thép không rỉ [13]. Vì những lí do trên, khoan đã được xem là quá trình cắt phức tạp và khó khăn nhất [8, 14, 15]. Khoan có rung động siêu âm trợ giúp (Ultrasonic Vibration Assisted Drilling-UAD) là một trong những giải pháp cải thiện quá trình khoan đã và đang được áp dụng bởi các nhà sản suất và các nhà nghiên cứu trên thế giới. Sự tiếp xúc gián đoạn trong UAD đã gây nên hiệu ứng giảm ma sát, do đó quá trình thoát phoi được cải thiện [16-18], giảm lực cắt, giảm nhiệt cắt [19-24] và nâng cao chất lượng lỗ khoan [25]… Tuy nhiên, nhiệt cắt lớn và tăng nhanh khi khoan khô làm giảm tuổi thọ dụng cụ trong UAD cũng đã được chỉ ra trong một số nghiên cứu. Nhiệt độ tại đỉnh mũi khoan lớn hơn 10% so với khoan theo cách thông thường [26]. 2 Từ các phân tích ở trên cho thấy, mặc dù nhiều ưu điểm vượt trội của UAD so với CD đã được khẳng định trong nhiều nghiên cứu trên thế giới. Tuy nhiên, theo hiểu biết của tác giả, hiện nay lĩnh vực gia công có rung động siêu âm trợ giúp nói chung và khoan có rung động siêu âm trợ giúp chưa được áp dụng và công bố nhiều bởi các nhà nghiên cứu trong nước. Nghiên cứu tài liệu cũng cho thấy, việc sử dụng tiêu chí nhiệt cắt để đánh giá và so sánh khả năng khoan giữa UAD và CD không phổ biến như việc sử dụng các tiêu chí khác như lực cắt, tuổi bền dụng cụ và chất lượng gia công… Trong đó, nguyên nhân chủ yếu là do đặc trưng kín của vùng cắt đã gây nên khó khăn không nhỏ tới việc xác định nhiệt cắt khi khoan. Từ những hiểu biết trên, nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá mức độ giảm nhiệt cắt của khoan có rung động siêu âm trợ giúp (UAD) so với khoan thường (CD) khi khoan trong điều kiện không tưới nguội trên vật liệu khó khoan là hợp kim nhôm Al-6061. 2. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục tiêu Mục tiêu chính của nghiên cứu này là đánh giá mức độ giảm nhiệt cắt khi khoan có rung động siêu âm trợ giúp so với khoan thông thường trong điều kiện khoan sâu, đường kính lỗ khoan nhỏ và không tưới nguội trên vật liệu khó khoan là hợp kim nhôm Al-6061. Các mục tiêu cụ thể là: - Thiết kế, chế tạo hệ thống thí nghiệm khoan có rung động siêu âm trợ giúp, kết nối các thiết bị đo phù hợp với điều kiện công nghệ hiện có; - Đánh giá được ảnh hưởng của rung động siêu âm đến nhhiệt cắt khi khoan dựa trên nhiệt độ của phôi; - Chứng minh bằng thực nghiệm khả năng giảm ma sát khi bổ sung rung động siêu âm vào quá trình khoan, từ đó giúp giảm nhiệt cắt, nâng cao hiệu quả và khả năng ứng dụng trong thực tiễn sản xuất. 3 2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là khoan lỗ có tỉ lệ độ sâu lỗ khoan trên đường kính L/D>5. Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong các điều kiện: khoan không tưới nguội trên vật liệu hợp kim nhôm Al-6061, sử dụng mũi khoan xoắn thép gió có đường kính 3mm. Nghiên cứu được thực hiện trên máy tiện vạn năng thông thường, phù hợp với điều kiện công nghệ và chi phí nghiên cứu hiện có. 3. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết, tổng quan tài liệu là các công bố khoa học trong nước và trên thế giới về các vấn đề liên quan trực tiếp đến đề tài gồm: khoan có rung động siêu âm trợ giúp, khoan không tưới nguội trên hợp kim nhôm, quy hoạch thực nghiệm Taguchi… Nghiên cứu ứng dụng và thực nghiệm, sử dụng các kỹ thuật phân tích thống kê, so sánh và phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi. 4. Ý nghĩa khoan học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học Đề tài đã góp phần hoàn thiện thêm các kiến thức về khoan có rung động siêu âm trợ giúp của, cụ thể là: - Kết quả nghiên cứu góp phần giải thích cơ chế giảm nhiệt cắt do hiệu ứng giảm ma sát khi bổ sung rung động siêu âm vào quá trình khoan; - Khẳng định, UAD cho phép khoan lỗ sâu trong điều kiện không tưới nguội trên hợp kim nhôm. Các kết quả thu được của đề tài góp phần hoàn chỉnh cơ sở lý thuyết và thực nghiệm cho các nghiên cứu tiếp sau. Kết quả của đề tài cũng có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy và nghiên cứu khoa học. 4 4.2 Ý nghĩa thực tiễn Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể áp dụng trực tiếp vào thực tiễn nhằm nâng cao năng suất, chất lượng của quá trình khoan trên các loại hợp kim nhôm và các loại vật liệu khác. Ngoài ưu điểm giảm nhiệt cắt, giảm lực cắt và nâng cao chất lượng lỗ khoan của UAD như đã được chỉ ra trong nghiên cứu này, UAD còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do không sử dụng dung dịch trơn nguội. 5. Những đóng góp mới của đề tài Đề tài này là một trong những nghiên cứu còn tương đối mới mẻ về lĩnh vực gia công có rung động siêu âm trợ giúp ở Việt Nam. Do đó, nghiên cứu này đã góp phần mở ra các hướng nghiên cứu tiếp sau ở trong nước về lĩnh vực gia công cắt gọt kim loại có rung động siêu âm trợ giúp. 6. Cấu trúc nội dung luận văn Nội dung luận văn gồm phần mở đầu, 04 chương và phần kết luận. Phần Mở đầu trình bày tính cấp thiết, mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu của đề tài. Những đóng góp mới của đề tài cũng được giới thiệu tóm tắt. Thông tin tổng quan về phương pháp khoan có rung động siêu âm trợ giúp được trình bày trong Chương 1. Trong chương này, các khái niệm cơ bản và nguyên tắc bổ sung rung động siêu âm trợ giúp gia công cắt gọt được giới thiệu. Các kết quả nghiên cứu gần đây trong lĩnh vực gia công cắt gọt có rung động trợ giúp được tổng quan đầy đủ. Qua đó, nêu bật được tính cấp thiết và khẳng định các đóng góp mới của đề tài. Chương 2 trình bày cơ sở lý thuyết cơ bản gồm cơ chế và động học của quá trình khoan có rung động siêu âm trợ giúp. 5 Chương 3 trình bày chi tiết quá trình thiết lập hệ thống thiết bị thí nghiệm khoan có rung động siêu âm trợ giúp gá đặt trên máy tiện vạn năng. Chương 4 trình bày các kết quả nghiên cứu thực nghiệm. Cuối cùng là phần kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo. 6 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KHOAN CÓ RUNG ĐỘNG SIÊU ÂM TRỢ GIÚP 1.1 Giới thiệu Nội dung chương này sẽ trình bày tóm tắt một số nội dung liên qua trực tiếp đến đề tài gồm: khái niệm cơ bản về gia công có rung động siêu âm trợ giúp và khoan có rung động siêu âm trợ giúp; Tổng quan một số nghiên cứu gần đây về khoan có rung động siêu âm trợ giúp; Khả năng gia công của hợp kim nhôm khi khoan. Các nội dung chính của chương gồm: - Gia công khoan; - Gia công có rung động siêu âm trợ giúp; - Khoan có rung động siêu âm trợ giúp; - Tính gia công của hợp kim nhôm khi khoan; - Kết luận chương, một số vấn đề còn tồn tại và xác định mục đích nghiên cứu. 1.2 Gia công khoan Trong gia công cắt gọt kim loại, khoan là một trong những nguyên công quan trọng nhất, chiếm khoảng 30% đến 33% tổng số các nguyên công [1, 2]. Động học của quá trình khoan tương đối đơn giản gồm chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến. Tuy nhiên, bản chất của quá trình cắt khi khoan lại phức tạp hơn so với các phương pháp gia công khác có không gian thoát phoi hở như phay, bào hay tiện. Trong gia công bằng khoan, không gian thoát phoi là không gian kín, bị giới hạn bởi rãnh xoắn mũi khoan và thành lỗ khoan, nên quá trình cắt xảy ra đồng thời với quá trình đẩy phoi ra khỏi lỗ khoan. Khi khoan lỗ sâu (tỉ số độ sâu lỗ khoan trên đường kính, L/D ≥ 5) [27, 28], đặc biệt là khoan sâu vật liệu dẻo thường gặp rất nhiều khó khăn về thoát phoi, dẫn đến năng suất, chất lượng lỗ khoan và tuổi bền dụng cụ rất thấp. 7 Nhiều biện pháp công nghệ đã và đang được sử dụng nhằm cải thiện quá trình khoan, chẳng hạn như cải thiện chất lượng và kết cấu bề mặt dụng cụ, sử dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tiên tiến như bôi trơn làm nguội tối thiểu (Minimum Quantity Lubrication-MQL) [29-32], khoan có trợ giúp của rung động tần số thấp [33-35], khoan gián đoạn (peck-drilling)… đã được áp dụng nhưng cũng chưa thực sự giải quyết được vấn đề về thoát phoi khi khoan, đặc biệt là khoan sâu các lỗ nhỏ có đường kính dưới 5 mm). Để đánh giá khả năng khoan, có thể sử dụng một số chỉ số như: số lỗ khoan được trước khi dụng cụ hỏng, thời gian gia công trên một lỗ khoan, tuổi bền dụng cụ, năng suất bóc tách vật liệu, lực cắt (lực dọc trục và mô men xoắn) và nhiệt cắt [36]. 1.3 Gia công có rung động siêu âm trợ giúp Gia công cắt gọt có rung động siêu âm trợ giúp (Ultrasonic Assisted Machining - UAM) là một phương pháp gia công mà ở đó, chuyển động tương đối giữa dụng cụ và phôi trong quá trình gia công được bổ sung một rung động có tần số từ 20 kHz trở lên với biên độ rất nhỏ (cỡ micromet) [37]. Sự kết hợp giữa chuyển động rung với chuyển động cắt làm cho sự tiếp xúc giữa lưỡi cắt và phôi thay đổi theo chu kỳ. Điều này dẫn đến sự thay đổi tương tác ma sát trong vùng tiếp xúc giữa dụng cụ với phôi và phoi, do đó làm giảm lực cắt, cải thiện chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công, nâng cao năng suất và tuổi bền dụng cụ. Hình 1. 1 Kiểu rung 1D (rung theo một phương)[37]