Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu trang bị vũ khí đạn dược cho quân đội và lực lượng an ninh ngày càng tăng cao, việc sản xuất các loại đạn với số lượng lớn và chi phí hợp lý trở thành vấn đề cấp thiết. Đặc biệt, đạn cỡ 7,62×39mm (K56) được sử dụng phổ biến trong các loại súng tiểu liên AK, trung liên RPD, với sản lượng khoảng 5 triệu viên/năm tại Nhà máy Z113. Tuy nhiên, dây chuyền sản xuất hiện tại được chuyển giao từ những năm 1988-1990, thiết bị đã cũ kỹ, không đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác và năng suất, dẫn đến tỷ lệ phế phẩm cao, làm giảm hiệu quả sản xuất. Việc nhập khẩu dây chuyền mới gặp nhiều khó khăn do đặc thù quốc phòng, do đó cải tiến công nghệ dựa trên dây chuyền hiện có là giải pháp khả thi và cần thiết.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào cải tiến quy trình sản xuất chi tiết vỏ liều đạn 7,62×39mm (K56) nhằm rút ngắn nguyên công, sử dụng nguyên vật liệu giá rẻ trong nước, giảm tỷ lệ hỏng, tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế, tính toán công nghệ dập nguội, cải tiến dụng cụ và nguyên công dập vuốt trên dây chuyền hiện có tại Nhà máy Z113, với thời gian thực hiện trong giai đoạn 2021-2023. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất đạn phục vụ quốc phòng, đồng thời góp phần làm chủ công nghệ chế tạo vỏ liều trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình công nghệ chế tạo máy, đặc biệt là công nghệ dập nguội và dập vuốt. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết dập vuốt kim loại: Phân tích quá trình biến dạng vật liệu khi dập vuốt, bao gồm dập vuốt không biến mỏng thành và dập vuốt có biến mỏng thành. Các khái niệm chính như hệ số dập vuốt, lực dập vuốt, lực chặn phôi, trạng thái ứng suất và biến dạng vật liệu được sử dụng để tính toán và thiết kế nguyên công.

  2. Lý thuyết xử lý nhiệt và bề mặt: Áp dụng các phương pháp nhiệt luyện như ủ, thường hóa, tôi thép để khôi phục tính dẻo, tăng độ bền và độ cứng của vật liệu thép Bimetal F18. Công nghệ xử lý bề mặt như sơn tĩnh điện được nghiên cứu để bảo vệ sản phẩm khỏi ăn mòn và tăng tuổi thọ.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: vật liệu Bimetal F18, nguyên công dập vuốt 3, nguyên công dập bằng, hệ số biến mỏng kn, lực dập vuốt Pt, khe hở giữa chày và cối, và công nghệ tóp miệng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ khảo sát thực tế tại Nhà máy Z113, tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn vật liệu và các nghiên cứu trước đây về công nghệ dập nguội và chế tạo vỏ liều. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các sản phẩm vỏ liều 7,62×39mm (K56) được sản xuất trên dây chuyền hiện có với số lượng hàng nghìn sản phẩm để đánh giá tỷ lệ hỏng và năng suất.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Tính toán công nghệ dựa trên lý thuyết dập vuốt và xử lý nhiệt.
  • Thiết kế và chế tạo dụng cụ cải tiến cho nguyên công dập vuốt 3 và dập bằng.
  • Mô phỏng quá trình biến dạng vật liệu bằng phần mềm Deform để đánh giá hiệu quả cải tiến.
  • Thực nghiệm sản xuất và kiểm tra chất lượng sản phẩm sau cải tiến.
  • So sánh tỷ lệ hỏng, năng suất và tiêu hao dụng cụ trước và sau cải tiến.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2021 đến tháng 4/2023, bao gồm các giai đoạn khảo sát, thiết kế, mô phỏng, chế tạo dụng cụ, thử nghiệm và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Rút ngắn nguyên công và giảm tỷ lệ hỏng: Việc loại bỏ nguyên công dập lõm và thay đổi thiết kế chày dập vuốt 3 đã giảm tỷ lệ hỏng sản phẩm ở nguyên công dập bằng từ mức cao xuống còn khoảng 6%. Điều này đồng nghĩa với việc giảm tiêu hao dụng cụ và thời gian gia công, góp phần tăng năng suất sản xuất.

  2. Tăng năng suất sản xuất: Cải tiến quy trình công nghệ đã giúp tăng năng suất sản xuất vỏ liều 7,62×39mm (K56) trên dây chuyền hiện có, với mức tăng năng suất ước tính trên 15% so với quy trình cũ, nhờ giảm số lần nguyên công và thời gian gia công.

  3. Ứng dụng vật liệu thép Bimetal F18: Vật liệu thép Bimetal F18 dày 3,2mm được sử dụng làm phôi vỏ liều, có cơ tính phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, đồng thời giá thành thấp hơn nhiều so với đồng thau truyền thống. Thành phần hóa học và chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đảm bảo độ bền từ 305 đến 395 MPa và độ giãn dài ≥ 37%.

  4. Mô phỏng biến dạng vật liệu: Kết quả mô phỏng bằng phần mềm Deform cho thấy sự phân bố ứng suất và biến dạng vật liệu sau cải tiến nguyên công dập bằng và dập vuốt 3 phù hợp với tính toán công nghệ, giúp giảm nguy cơ hỏng sản phẩm và tăng tuổi thọ dụng cụ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm tỷ lệ hỏng là do thiết kế lại chày dập vuốt 3 phù hợp với tính toán công nghệ, đồng thời loại bỏ nguyên công dập lõm không cần thiết, giúp giảm biến dạng quá mức và hao mòn dụng cụ. So với các nghiên cứu trước đây về công nghệ dập nguội, kết quả này khẳng định hiệu quả của việc tối ưu hóa nguyên công và dụng cụ trong sản xuất hàng loạt.

Việc sử dụng vật liệu thép Bimetal F18 thay thế đồng thau không chỉ giảm chi phí nguyên liệu mà còn đảm bảo tính ổn định cơ học và công nghệ trong quá trình dập nguội. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy sự phù hợp giữa lý thuyết và thực tế, giúp nhà máy chủ động kiểm soát chất lượng sản phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ hỏng trước và sau cải tiến, bảng thống kê năng suất sản xuất, và hình ảnh mô phỏng phân bố ứng suất trên sản phẩm. Điều này giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của các giải pháp cải tiến.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng quy trình cải tiến trên toàn bộ dây chuyền sản xuất: Động viên nhà máy Z113 áp dụng nguyên công dập vuốt 3 và dập bằng đã cải tiến nhằm giảm tỷ lệ hỏng xuống dưới 6% và tăng năng suất ít nhất 15% trong vòng 12 tháng tới.

  2. Đào tạo kỹ thuật viên và công nhân vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ dập nguội và vận hành dụng cụ mới cho đội ngũ kỹ thuật và công nhân nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả và duy trì chất lượng sản phẩm.

  3. Tăng cường bảo trì và kiểm tra dụng cụ: Thiết lập quy trình bảo trì định kỳ và kiểm tra dụng cụ dập để kéo dài tuổi thọ, giảm thiểu hỏng hóc và chi phí thay thế, với tần suất kiểm tra 3 tháng/lần.

  4. Nghiên cứu tiếp tục cải tiến vật liệu và công nghệ xử lý bề mặt: Khuyến khích nghiên cứu ứng dụng các vật liệu mới và công nghệ xử lý bề mặt như sơn tĩnh điện để nâng cao độ bền và khả năng chống ăn mòn của vỏ liều, dự kiến thực hiện trong 2 năm tiếp theo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và kỹ sư tại các nhà máy sản xuất đạn dược: Giúp hiểu rõ quy trình công nghệ, các điểm cải tiến để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

  2. Chuyên gia nghiên cứu và phát triển công nghệ chế tạo máy: Cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn về công nghệ dập nguội, dập vuốt và xử lý nhiệt trong sản xuất chi tiết kim loại.

  3. Sinh viên và học viên ngành kỹ thuật cơ khí, chế tạo máy: Là tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng công nghệ dập nguội và cải tiến quy trình sản xuất trong lĩnh vực quốc phòng.

  4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách quốc phòng: Hỗ trợ đánh giá hiệu quả công nghệ sản xuất đạn dược trong nước, từ đó xây dựng các chính sách phát triển công nghiệp quốc phòng bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Cải tiến quy trình sản xuất vỏ liều có tác động như thế nào đến chi phí sản xuất?
    Cải tiến giúp giảm số nguyên công và tỷ lệ hỏng, từ đó giảm tiêu hao dụng cụ và nguyên vật liệu, ước tính giảm chi phí sản xuất khoảng 10-15%, đồng thời tăng năng suất sản xuất.

  2. Vật liệu thép Bimetal F18 có ưu điểm gì so với đồng thau truyền thống?
    Thép Bimetal F18 có giá thành thấp hơn, cơ tính phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, dễ gia công dập nguội và có độ bền cao, giúp giảm chi phí nguyên liệu mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm.

  3. Phần mềm mô phỏng Deform được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Deform mô phỏng quá trình biến dạng vật liệu trong nguyên công dập vuốt và dập bằng, giúp đánh giá phân bố ứng suất, biến dạng và dự đoán tỷ lệ hỏng, từ đó tối ưu thiết kế dụng cụ và quy trình.

  4. Làm thế nào để giảm tỷ lệ hỏng sản phẩm trong quá trình dập vuốt?
    Bằng cách thiết kế lại chày dập phù hợp, điều chỉnh khe hở giữa chày và cối, sử dụng chất bôi trơn thích hợp và áp dụng xử lý nhiệt đúng quy trình để khôi phục tính dẻo của vật liệu.

  5. Cải tiến này có thể áp dụng cho các loại đạn khác không?
    Có thể áp dụng nguyên tắc cải tiến quy trình và thiết kế dụng cụ cho các loại đạn khác có cấu tạo tương tự, tuy nhiên cần nghiên cứu điều chỉnh phù hợp với đặc tính vật liệu và kích thước sản phẩm.

Kết luận

  • Đã nghiên cứu và cải tiến thành công quy trình sản xuất chi tiết vỏ liều đạn 7,62×39mm (K56) bằng phương pháp dập nguội, giảm nguyên công và tỷ lệ hỏng xuống còn khoảng 6%.
  • Ứng dụng vật liệu thép Bimetal F18 giúp giảm chi phí nguyên liệu mà vẫn đảm bảo chất lượng và độ bền sản phẩm.
  • Mô phỏng quá trình biến dạng vật liệu bằng phần mềm Deform hỗ trợ tối ưu thiết kế dụng cụ và quy trình công nghệ.
  • Cải tiến quy trình đã tăng năng suất sản xuất ước tính trên 15%, góp phần nâng cao hiệu quả dây chuyền sản xuất hiện có.
  • Đề xuất triển khai áp dụng quy trình cải tiến, đào tạo nhân lực và nghiên cứu tiếp tục để nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất trong thời gian tới.

Luận văn này là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà sản xuất đạn dược, chuyên gia kỹ thuật và các cơ quan quản lý trong lĩnh vực quốc phòng. Để tiếp tục phát huy kết quả, cần tổ chức áp dụng rộng rãi và nghiên cứu mở rộng cho các loại đạn khác nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của lực lượng vũ trang.