Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh hiện đại hóa quân sự, việc tự chủ trong sản xuất vũ khí là yêu cầu cấp thiết đối với các lực lượng hải quân, đặc biệt là trong việc chế tạo đạn pháo cỡ nhỏ như đạn 30mm dùng cho pháo cao tốc AK-630. Với tốc độ bắn lên tới 5.100 viên/phút, đạn 30mm đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phòng không của tàu chiến hiện đại. Tuy nhiên, công nghệ chế tạo vỏ đầu đạn 30mm tại Việt Nam còn nhiều hạn chế, chủ yếu dựa vào phương pháp gia công cắt gọt cơ khí truyền thống, tiêu tốn nhiều vật tư, lao động và năng lượng, chưa đáp ứng được yêu cầu sản xuất hàng loạt.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là hoàn thiện công nghệ chế tạo vỏ đầu đạn 30mm dùng trong Hải quân bằng phương pháp dập nguội kết hợp với hàn đai dẫn đồng M1 bằng phương pháp hàn PTA, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và khả năng sản xuất hàng loạt. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vật liệu thép S10C và đồng M1, áp dụng tại Nhà máy Z113/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng trong giai đoạn 2016-2018.

Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện rõ qua việc làm chủ công nghệ chế tạo vỏ đầu đạn 30mm nguyên bản của Nga, đồng thời cải tiến phù hợp với thiết bị trong nước, góp phần nâng cao năng lực sản xuất quốc phòng. Các chỉ số kỹ thuật như lực dập vuốt, hệ số dập vuốt, áp suất nén, và độ chính xác kích thước sản phẩm được nghiên cứu chi tiết nhằm đảm bảo chất lượng và độ bền của vỏ đầu đạn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình cơ bản trong công nghệ dập vuốt và tính toán ứng suất chịu lực của vật liệu:

  • Công nghệ dập vuốt: Phân loại dập vuốt thành hai nhóm chính là dập vuốt không biến mỏng thành và dập vuốt có biến mỏng thành. Các khái niệm chính bao gồm hệ số dập vuốt, lực dập vuốt, lực chặn phôi, và các yếu tố ảnh hưởng như tính chất cơ học vật liệu, bán kính lượn của chày cối, khe hở giữa chày và cối, tốc độ dập vuốt, và chất lượng bôi trơn.

  • Lý thuyết ứng suất và biến dạng: Áp dụng lý thuyết ứng suất phẳng và công thức Lame để phân tích trạng thái ứng suất trong các lớp cối dập ghép, chịu áp suất bên trong và bên ngoài. Các khái niệm chính gồm ứng suất pháp, ứng suất tiếp, chuyển vị theo hướng kính, và điều kiện bền của ống chịu áp lực.

  • Phương pháp xử lý nhiệt: Ủ kết tinh lại nhằm khôi phục tính dẻo của vật liệu sau các lần dập vuốt, với các chế độ nhiệt độ và thời gian giữ nhiệt phù hợp cho thép S10C.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ khảo sát thiết bị và công nghệ hiện có tại Nhà máy Z113, kết hợp với tài liệu lý thuyết và tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

  • Tính toán công nghệ: Xác định kích thước phôi, lực dập vuốt, lực chặn phôi, hệ số dập vuốt, và các thông số kỹ thuật của cối dập ghép ba lớp đảm bảo độ bền.

  • Chế tạo và thử nghiệm: Thiết kế, chế tạo dụng cụ dập và sản phẩm vỏ đầu đạn 30mm, áp dụng công nghệ dập nguội và hàn PTA. Thực hiện các kiểm tra tĩnh như kiểm tra rò khuyết, thử áp suất, kiểm tra cơ tính, và thử nghiệm bắn để đánh giá độ bền và độ chính xác sản phẩm.

  • Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài từ năm 2016 đến 2018, bao gồm các giai đoạn khảo sát, tính toán, chế tạo, thử nghiệm và hoàn thiện công nghệ.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các sản phẩm vỏ đầu đạn 30mm được chế tạo thử nghiệm tại Nhà máy Z113, với số lượng đủ để đánh giá độ ổn định và khả năng sản xuất hàng loạt.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hoàn thiện công nghệ dập vuốt: Qua tính toán và thực nghiệm, hệ số dập vuốt được xác định phù hợp với vật liệu thép S10C, với hệ số dập vuốt lần đầu khoảng 0,55-0,60, giúp giảm số lần dập và tiết kiệm chi phí sản xuất. Lực dập vuốt lý thuyết đạt khoảng 1500-2000 kG lực cho mỗi lần dập, phù hợp với công suất máy dập hiện có.

  2. Thiết kế cối dập ghép ba lớp: Cối dập được thiết kế ghép ba lớp với độ dôi lắp ghép đảm bảo độ bền và khả năng chịu áp lực lớn, áp suất nén cho phép đạt tới 98,1 ± 0,98 MPa/cm². Việc ghép cối giúp tăng khả năng chịu lực và kéo dài tuổi thọ dụng cụ.

  3. Ứng dụng hàn PTA cho đai dẫn đồng M1: Phương pháp hàn PTA cho phép liên kết đồng M1 với thép S10C hiệu quả, đảm bảo độ cứng đai dẫn đạt trên 200 HV, khối lượng vỏ đầu đạn ổn định trong khoảng 120-125 g, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

  4. Kiểm tra và thử nghiệm sản phẩm: Các kết quả kiểm tra áp suất, cơ tính và thử nổ sinh mảnh cho thấy vỏ đầu đạn đạt tiêu chuẩn kỹ thuật, tỷ lệ phân bố mảnh nhỏ hơn 3 gam chiếm khoảng 60%, độ chụm đầu đạn đạt dưới 5 cm ở cự ly bắn thử nghiệm, đảm bảo hiệu quả chiến đấu.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ dập vuốt kết hợp với hàn PTA là giải pháp tối ưu cho sản xuất vỏ đầu đạn 30mm trong điều kiện thiết bị hiện có tại Việt Nam. Việc áp dụng phương pháp cân bằng thể tích và cân bằng khối lượng trong tính toán kích thước phôi giúp giảm sai số kích thước sản phẩm xuống dưới ±0,3 mm, phù hợp với cấp chính xác 6.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, công nghệ dập vuốt không biến mỏng thành được ưu tiên nhằm giảm biến dạng quá mức, hạn chế phế phẩm do nứt gãy vật liệu. Việc thiết kế cối dập ghép ba lớp dựa trên lý thuyết ứng suất phẳng và công thức Lame giúp tăng khả năng chịu áp lực, giảm biến dạng dụng cụ, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Các biểu đồ phân bố ứng suất, chuyển vị và độ cứng sản phẩm được trình bày chi tiết trong luận văn, minh họa rõ ràng sự phân bố lực và biến dạng trong quá trình dập vuốt và hàn, hỗ trợ việc tối ưu hóa công nghệ.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng công nghệ dập vuốt không biến mỏng thành: Khuyến nghị sử dụng hệ số dập vuốt từ 0,55 đến 0,60 cho thép S10C, giảm số lần dập xuống còn 3-4 lần, nhằm tối ưu hóa năng suất và giảm hao phí vật liệu. Thời gian áp dụng: 6-12 tháng, chủ thể thực hiện là Nhà máy Z113.

  2. Thiết kế và chế tạo cối dập ghép ba lớp: Đề xuất tiếp tục phát triển và hoàn thiện thiết kế cối dập ghép, đảm bảo độ dôi lắp ghép phù hợp, tăng tuổi thọ dụng cụ lên ít nhất 20%. Thời gian thực hiện: 12 tháng, chủ thể là bộ phận kỹ thuật công nghệ của Nhà máy.

  3. Mở rộng ứng dụng hàn PTA cho đai dẫn đồng M1: Khuyến khích áp dụng rộng rãi phương pháp hàn PTA trong liên kết đồng M1 với thép S10C, đảm bảo độ cứng và độ bền mối hàn, giảm tỷ lệ lỗi sản phẩm xuống dưới 2%. Thời gian áp dụng: 6 tháng, chủ thể là phòng công nghệ hàn.

  4. Tăng cường kiểm tra chất lượng và thử nghiệm: Đề xuất xây dựng quy trình kiểm tra áp suất, cơ tính và thử nổ sinh mảnh chuẩn hóa, áp dụng công nghệ đo lường hiện đại để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy sản phẩm. Thời gian thực hiện: liên tục, chủ thể là phòng kiểm tra chất lượng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư công nghệ chế tạo máy: Nắm bắt các phương pháp dập vuốt và tính toán lực dập, áp dụng vào thiết kế và sản xuất chi tiết cơ khí chính xác.

  2. Chuyên gia công nghệ quốc phòng: Áp dụng công nghệ chế tạo vỏ đầu đạn 30mm trong phát triển vũ khí, nâng cao năng lực sản xuất trong nước.

  3. Nhà quản lý sản xuất: Lập kế hoạch sản xuất hàng loạt, tối ưu hóa quy trình công nghệ, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm.

  4. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành chế tạo máy: Học tập các lý thuyết và phương pháp thực tiễn trong công nghệ dập nguội, xử lý nhiệt và hàn PTA, phục vụ nghiên cứu và phát triển công nghệ mới.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ dập vuốt có ưu điểm gì so với gia công cắt gọt?
    Dập vuốt giúp giảm đáng kể vật tư tiêu hao, thời gian gia công và năng lượng sử dụng, đồng thời nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt sản phẩm so với phương pháp cắt gọt truyền thống.

  2. Làm thế nào để xác định hệ số dập vuốt phù hợp?
    Hệ số dập vuốt được xác định dựa trên tính chất cơ học của vật liệu, chiều dày tương đối, phương pháp dập và điều kiện bề mặt. Ví dụ, thép S10C có hệ số dập vuốt lần đầu khoảng 0,55-0,60 để đảm bảo biến dạng không vượt quá giới hạn bền.

  3. Tại sao cần thiết kế cối dập ghép ba lớp?
    Cối dập ghép ba lớp giúp tăng khả năng chịu áp lực, giảm ứng suất tập trung và kéo dài tuổi thọ dụng cụ, đồng thời đảm bảo độ chính xác kích thước sản phẩm trong quá trình dập vuốt.

  4. Phương pháp hàn PTA có ưu điểm gì trong liên kết đồng M1 với thép S10C?
    Hàn PTA tạo mối hàn chắc chắn, giảm biến dạng nhiệt, tăng độ cứng và độ bền mối hàn, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật cao của vỏ đầu đạn 30mm.

  5. Các kiểm tra nào được thực hiện để đảm bảo chất lượng vỏ đầu đạn?
    Bao gồm kiểm tra rò khuyết tật, thử áp suất thủy lực ở 98,1 ± 0,98 MPa/cm², kiểm tra cơ tính, thử nổ sinh mảnh và bắn kiểm tra độ chụm, đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn sử dụng.

Kết luận

  • Hoàn thiện công nghệ dập vuốt không biến mỏng thành kết hợp hàn PTA cho vỏ đầu đạn 30mm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và sản xuất hàng loạt.
  • Thiết kế cối dập ghép ba lớp đảm bảo độ bền và khả năng chịu áp lực cao, nâng cao tuổi thọ dụng cụ.
  • Kết quả thử nghiệm sản phẩm cho thấy độ chính xác kích thước, độ cứng và độ bền đáp ứng tiêu chuẩn quốc phòng.
  • Công nghệ được áp dụng thành công tại Nhà máy Z113, góp phần nâng cao năng lực sản xuất quốc phòng trong nước.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng công nghệ trong các loại đạn pháo khác.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị sản xuất và nghiên cứu nên triển khai áp dụng công nghệ đã hoàn thiện, đồng thời đầu tư nâng cấp thiết bị và đào tạo nhân lực để nâng cao hiệu quả sản xuất.