Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình nghiên cứu gia công cắt gọt bằng phương pháp khoan và thiết bị khoan trên thế giới Khoan là một phương pháp gia công lỗ dùng lâu đời nhất và cũng phổ biến nhất, tuy mũi khoan xoắn mới chỉ xuất hiện từ đầu thế kỷ 19 đến nay. Khoan là phương pháp gia công cắt gọt vật liệu có tính vạn năng cao, chuyển động cắt đơn giản. Theo nguyên liệu và sản phẩm được gia công có thể phân ra gia công kim loại và gia công vật liệu phi kim loại.
Với đối tượng gia công là kim loại, khoa học cắt gọt kim loại đã hình thành và phát triển. Lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i đi sâu nghiên cứu về quá trình tạo phoi, các lực phát sinh trong quá trình gia công bằng cơ giới, công suất của thiết bị, chất lượng sản phẩm khi gia công… những đại lượng này rất cần thiết, chúng làm cơ sở cho việc lựa chọn hình dáng, tính toán kích thước của các công cụ cắt, tính toán thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công. Nhiều công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại phải kể đến các nhà bác học Xô Viết (Liên Xô cũ) như giáo sư viện sĩ V. Philonenko, Iacố p Bachisep, Paven Dakhaba, Lép Sôbakin, các nhà bác ho ̣c Mỹ như Boston O.,… Nhiều công trình đi sâu nghiên cứu cắt gọt chuyên dùng như: khoan, bào, phay, tiện của G.
Bobrov; cơ sở lý thuyết mài nhẵn của E. Maclov…đã đưa ra những phân tích cụ thể về động học các quá trình cắt gọt. Đó là những công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế trong gia công kim loại mà trên thế giới lúc đó ít có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i ngày càng được hoàn chỉnh với những công trình nghiên cứu mới về các lực phát sinh trong quá trình gia công kim loại bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và chính xác hơn về những cơ sở vật lý của quá trình cắt, hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt.
Lực cắt đơn vị và các qui luật của lực cắt được xác định thông qua công thức lý thuyết [15, 30, 33, 42, 47]. Nghiên cứu quá trình cắt vật theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được các nhà khoa học trên thế giới tiến hành như: M. với những kết luận quan trọng về các sơ đồ cắt động học, sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt. Chế độ cắt được đặc trưng bởi ba thông số: vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt.
Chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công, tiêu hao năng lượng và năng suất các máy. Nhiều công trình của các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lực cắt, sự hao mòn của công cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ “ Máy - dao cắt - đồ gá - chi tiết gia công” cũng như các hiện tượng lý - hóa xảy ra trong vùng cắt. Điển hình là công trình của nhà bác học Nga Granôpxki về phân nhóm các sơ đồ cắt động học, công trình của Zorev N. về các lực cắt trên các bộ phận của dao cắt, các công trình của các nhà khoa học Đức Kronenberg, Friedrich, Hippler… về các qui luật cơ bản của lực cắt, các công trình lý thuyết và thực nghiệm của các nhà khoa học Sokolovski, Kasirin, Tlusty, Tolias, Bhattacharya … đã đi sâu và chính xác hóa nhận thức về nguyên lý và qui luật tự rung khi gia công, hay các công trình của các nhà khoa học Ostermann, Laladze, Malkin, Smith về phương pháp giải tích của trường nhiệt độ trong dụng cụ cắt, phoi và chi tiết gia công.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 Trong lĩnh vực gia công vật liệu phi kim loại mà điển hình là vật liệu gỗ với đặc tính phức tạp (không đồng nhất và bất đẳng hướng) đã có nhiều công trình nổi tiếng về khoa học cắt gọt gỗ, vật liệu từ gỗ. Năm 1870, tỷ suất lực cắt lần đầu tiên được giáo sư tiến sĩ I. Time xác định cho các trường hợp cắt đơn giản bằng phương pháp thực nghiệm [17, 22, 41]. Đesevôi đã tổng hợp và xây dựng hoàn chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ.
Năm 1939, ông cho ra đời cuốn sách “Kỹ thuật gia công gỗ”, đó là một công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế trong gia công gỗ, vật liệu từ gỗ [17, 41]. Tỷ suất lực cắt và theo đó tính toán lực cắt, công suất cắt, công suất đẩy khi phay, khoan gỗ đã được giáo sư tiến sĩ A. Bersatski xác định bằng công thức thực nghiệm. Nghiên cứu quá trình cắt gỗ theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được các nhà khoa học Mỹ tiến hành như C.
Fraz [37], với những kết luận quan trọng về sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt, chất lượng gia công. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy công cụ, máy cắt kim loại nói chung, các máy khoan nói riêng đã đươ ̣c các nhà khoa ho ̣c nghiên cứu từ khá sớm. Các máy khoan đầu tiên xuất hiện vào thế kỷ 15. Vào những năm 20 của thế kỷ 19 các máy bắt đầu được sản xuất công nghiệp hàng loạt.
Thời kỳ này, khi mà nghành chế tạo máy còn ở trình độ thấp, các máy gia công có đặc trưng cơ bản là không lớn về công suất và năng suất, độ cứng vững thấp và chất lượng gia công không cao. Nhiều kiểu loại máy khoan được thiết kế, chế tạo như máy khoan đứng, máy máy khoan cần, máy khoan vạn năng, máy khoan chuyên môn hóa và LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 chuyên dùng v.v… Cùng với sự phát triển của công nghệ khoan, mũi khoan ngày càng được cải tiến và hoàn thiện với nhiều kiểu loại khác nhau. Nghiên cứu về máy và thiết bị cắt kim loại và các vật liệu phi kim loa ̣i khác, các nhà khoa học Spirindonov A. Makovski,… [15,17, 31, 37, 44] đã chỉ rõ chất lượng gia công bao gồm chất lượng bề mặt gia công và độ chính xác gia công là những chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng máy và thiết bị, biểu thị sự hoàn thiện kỹ thuật trong việc sử dụng chúng để tạo ra các sản phẩm.
Chất lượng gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với từng điều kiện sản xuất cụ thể sẽ có các chỉ tiêu đánh giá định lượng thông qua những biểu thức toán học miêu tả sự tác động tương hỗ của những yếu tố ảnh hưởng tới chúng. Nhằm không ngừng nâng cao khả năng làm việc của các công cụ cắt, nhiều công trình đã đi sâu nghiên cứu động học, động lực học quá trình gia công. Điển hình là các công trình của G. Nhiều hãng trên thế giới như PLL (Pittler Ludnig Low -Đức), Tập đoàn LMT (Leitz metalworking technology), RSK (Anh) đã nổi tiếng với những máy và công cụ cắt hiện đại….
Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và thiết bị sản xuất gia công kim loại, vật liệu phi kim loại phục vụ sản xuất đã được các nước phát triển trên thế giới như Nga, Mỹ, Đức, Pháp, Nhâ ̣t, Thuỵ Điển, Úc…nghiên cứu sâu rộng, với các máy phay - khoan CNC (hình 1.1), các máy tiện - khoan (hình 1.2), các trung tâm gia công và dây chuyền sản xuất hiện đại [6, 28, 46, 47]. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Máy phay- khoan CNC KDVM 1000L Hình 1. Máy tiện - khoan CNC PDL-T6/8 Do tiến bộ của khoa học - công nghệ, các trang thiết bị dùng cho quá trình gia công cắt gọt ngày càng hiện đại dẫn tới vốn đầu tư cho sản xuất ngày càng tăng.
Nếu chế độ công nghệ không hợp lý sẽ không khai thác hết khả năng của thiết bị, gây lãng phí lớn và hiệu quả thu được sẽ không đủ bù cho chi phí sản xuất đặc biệt là khấu hao LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 thiết bị. Vì vậy, một trong những vấn đề mấu chốt cần giải quyết để giảm chi phí gia công là phải nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cho từng nguyên công ứng với các điều kiện gia công cụ thể để cung cấp dữ liệu cho việc chuẩn bị công nghệ. Vấn đề mô hình hóa và tối ưu hóa quá trình công nghệ gia công cùng với những phương pháp luận hiện đại, nghiên cứu cắt gọt kim loại đã được các nhà khoa học, giáo sư C. Klocke, … tập trung nghiên cứu và phát triể n rô ̣ng với nhiều công trình nổi tiếng về tối ưu hóa các quá trình gia công cắt gọt [1, 40].
Chế độ cắt gọt - tổ hợp của 3 thông số cơ bản vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt là một trong những vấn đề có tầm quan trọng, đặc biệt là trong nghiên cứu sử dụng thiết bị công nghệ. Chế độ cắt hợp lý đã góp phần quyết định đến chất lượng và năng suất gia công. Tối ưu hóa quá trình cắt gọt được nghiên cứu và phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp tiên tiến như Đức, Mỹ, Nhật, Nga, Pháp, Thuỵ Sĩ, Pháp,.Ở những nước này song song với việc nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt người ta tiến hành xây dựng ngân hàng dữ liệu về chế độ gia công cơ để tạo lập cơ sở cho việc tự động hóa chuẩn bị công nghệ. Điển hình về lĩnh vực này có các công trình nghiên cứu của C.
Essen, và trong gia công gỗ có A. Công nghệ và thiết bị gia công khoan trong sản xuất ở Việt Nam Với vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, ngành công nghiệp cơ khí chế tạo và lắp máy ở nước ta đã được Đảng và Nhà nước luôn quan tâm, ưu tiên phát triển, đã có nhiều nhà máy cơ khí lớn được xây dựng, có nhiều trung tâm đào tạo, nghiên cứu ra đời. Máy khoan là một trong những thiết bị chủ đạo của ngành chế tạo, lắp đặt máy, do vậy đã được tập trung thiết kế chế tạo ở trong nước từ những thập niên 60 của thế kỷ 20. Trải qua thời kỳ dài phát triển chúng ta đã có khá nhiều LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 loại máy khoan và được sử dụng nhiều trong các doanh nghiệp, xưởng cơ khí vừa và nhỏ.
Thời gian gần đây trước yêu cầu cao về chất lượng sản phẩm cơ khí chúng ta đã phải nhập khẩu nhiều các máy hiện đại với mức độ tự động hóa cao.