I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Thông Số Cắt Tiện Gang
Ngành cơ khí chế tạo đóng vai trò then chốt trong việc sản xuất máy móc, thiết bị, phục vụ đời sống xã hội. Sự phát triển của ngành này ảnh hưởng lớn đến nhiều ngành khác và quyết định năng suất lao động. Gia công kim loại bằng cắt gọt, đặc biệt là tiện trơn gang, là một phương pháp phổ biến. Trong các nhà máy cơ khí, máy tiện chiếm số lượng lớn, khoảng 30-40%. Nghiên cứu sử dụng hợp lý các loại máy tiện, tối ưu hóa các thông số cắt như góc cắt, chiều sâu cắt, tốc độ cắt là vô cùng quan trọng để nâng cao năng suất, chất lượng và giảm chi phí.
1.1. Lịch Sử Phát Triển và Ứng Dụng Máy Tiện Toàn Cầu
Máy công cụ đầu tiên xuất hiện ở Ai Cập và Ấn Độ khoảng 650 năm trước Công nguyên. Đến thế kỷ XIV, máy tiện đạp chân ra đời, giảm số người vận hành. Kỹ sư người Pháp Jac Beson phát minh máy tiện cắt ren hình trụ và hình côn vào cuối thế kỷ XVI. Ngày nay, các nước phát triển sử dụng robot và hệ thống điều khiển tự động trong gia công cắt gọt. Các hãng máy công cụ nổi tiếng như IZEBSKI (Nga), KRAMATORSK (Nga), OPTIMUM (Đức), Traub (Đức), Gildemeister (Đức), Washino (Nhật Bản), TAKISAWA (Nhật Bản), BIRMINGHAM (Trung Quốc), ZHENG ZHOU (Trung Quốc) đã sản xuất nhiều loại máy tiện khác nhau, đáp ứng nhu cầu đa dạng của ngành công nghiệp chế tạo máy.
1.2. Tình Hình Sử Dụng Máy Tiện Tại Việt Nam Hiện Nay
Việt Nam hiện có khoảng 40.000 máy công cụ, trong đó 30% là máy tiện. Phần lớn là máy sản xuất từ Liên Xô cũ và Đông Âu từ những năm 60-70. Các máy này có độ bền cao, dễ vận hành, nhưng chưa được trang bị hệ thống đo hiện đại. Một số máy tiện phổ biến là 16K20, 16K20P (Liên Xô), Tongil (Đức). Gần đây, máy tiện Đài Loan như DY-410G, DY480G, DY-510G, FM-1330 được nhập khẩu. Nhà máy cơ khí Hà Nội đã sản xuất máy tiện T630, T616, T6M16, T18A. Công ty TNHH Minh Toàn sản xuất máy tiện Việt chuẩn. Sự đa dạng về chủng loại máy tiện đặt ra yêu cầu nghiên cứu sử dụng hợp lý để đạt hiệu quả cao.
II. Vấn Đề Ảnh Hưởng Của Thông Số Cắt Đến Chi Phí Độ Nhám
Trong gia công kim loại trên máy tiện, các thông số kỹ thuật của dao cắt như góc cắt, và các chế độ gia công như tốc độ cắt, chiều sâu cắt ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm. Việc lựa chọn và tối ưu hóa các thông số này là một thách thức lớn. Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định ảnh hưởng của góc sau, chiều sâu cắt, tốc độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn gang trên máy tiện EER1330.
2.1. Tối Ưu Hóa Chế Độ Cắt Gọt Để Nâng Cao Năng Suất
Nghiên cứu của Anokhina A. [20] cho thấy sử dụng dao cắt sứ (90 HRA) với tốc độ cắt 600-800m/phút, lượng ăn dao 0.1mm/vòng và chiều sâu cắt 0.25mm mang lại năng suất cao và chất lượng bề mặt tốt khi gia công vật liệu khó. Tuy nhiên, ở tốc độ thấp (<300 m/phút), lượng ăn dao và chiều sâu cắt lớn hơn sẽ làm giảm chất lượng bề mặt. Việc tối ưu hóa chế độ cắt gọt, đặc biệt là khi gia công vật liệu khó, cần xem xét giới hạn nhiệt độ để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
2.2. Vật Liệu Dao Cắt Mới và Ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả Gia Công
Kuznhesova A. [23] nghiên cứu việc sử dụng vật liệu mới làm dao cắt để nâng cao hiệu quả gia công. Việc lựa chọn vật liệu dao phù hợp và chế độ cắt hợp lý giúp đạt hiệu quả gia công cao nhất và cải thiện chất lượng bề mặt. Skrưnhikov V. [28] nghiên cứu hoàn thiện kết cấu dao tiện gắn mảnh nhiều cạnh để tăng tính vạn năng. Phômenkô R. [29] nghiên cứu ảnh hưởng của lớp phủ chống mòn đến thông số kỹ thuật của quá trình cắt gọt, từ đó xác định chế độ cắt tối ưu.
III. Phương Pháp Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Thông Số Cắt Tiện Gang
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của góc sau, chiều sâu cắt, và tốc độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn gang. Các thí nghiệm được thực hiện trên máy tiện EER1330. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm được áp dụng để xác định các giá trị hợp lý của các thông số cắt. Thí nghiệm thăm dò và thí nghiệm đơn yếu tố được tiến hành trước khi thực hiện thí nghiệm đa yếu tố.
3.1. Chuẩn Bị Thực Nghiệm và Thí Nghiệm Thăm Dò Ban Đầu
Quá trình chuẩn bị thực nghiệm bao gồm lựa chọn vật liệu gang, dao tiện phù hợp, và thiết lập các thông số ban đầu trên máy tiện EER1330. Thí nghiệm thăm dò được thực hiện để xác định phạm vi biến thiên hợp lý của các yếu tố ảnh hưởng, bao gồm góc cắt, chiều sâu cắt, và tốc độ cắt. Kết quả thí nghiệm thăm dò là cơ sở để thiết kế các thí nghiệm tiếp theo.
3.2. Thí Nghiệm Đơn Yếu Tố Đánh Giá Từng Thông Số Cắt
Thí nghiệm đơn yếu tố được tiến hành bằng cách thay đổi từng yếu tố (góc cắt, chiều sâu cắt, tốc độ cắt) trong khi giữ các yếu tố khác không đổi. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố cho phép đánh giá ảnh hưởng riêng biệt của từng yếu tố đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt. Các kết quả này được phân tích thống kê để xác định mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố.
3.3. Thí Nghiệm Đa Yếu Tố và Xây Dựng Mô Hình Toán Học
Thí nghiệm đa yếu tố được thực hiện theo ma trận Harley để đánh giá ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố. Dữ liệu thu được từ thí nghiệm đa yếu tố được sử dụng để xây dựng mô hình toán học mô tả mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào (góc cắt, chiều sâu cắt, tốc độ cắt) và các yếu tố đầu ra (chi phí năng lượng riêng, độ nhám bề mặt). Mô hình toán học này cho phép dự đoán và tối ưu hóa các thông số cắt.
IV. Kết Quả Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Góc Cắt Đến Tiện Trơn Gang
Kết quả nghiên cứu cho thấy góc cắt, chiều sâu cắt, và tốc độ cắt đều có ảnh hưởng đáng kể đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn gang. Ảnh hưởng của từng yếu tố được phân tích chi tiết dựa trên kết quả thí nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố. Mô hình toán học được xây dựng cho phép xác định các giá trị tối ưu của các thông số cắt để giảm chi phí năng lượng và cải thiện chất lượng bề mặt.
4.1. Ảnh Hưởng Của Góc Cắt Sau Đến Chi Phí Năng Lượng và Độ Nhám
Góc cắt sau có ảnh hưởng đến quá trình cắt và thoát phoi. Góc cắt sau lớn có thể làm giảm lực cắt và chi phí năng lượng, nhưng cũng có thể làm tăng độ nhám bề mặt. Kết quả thí nghiệm cho thấy có một giá trị góc cắt sau tối ưu để cân bằng giữa chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt.
4.2. Ảnh Hưởng Của Chiều Sâu Cắt Đến Chi Phí Năng Lượng và Độ Nhám
Chiều sâu cắt ảnh hưởng trực tiếp đến lượng vật liệu bị loại bỏ trong quá trình tiện. Chiều sâu cắt lớn làm tăng lực cắt và chi phí năng lượng, đồng thời có thể ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt. Kết quả nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa chiều sâu cắt và chi phí năng lượng là tuyến tính, trong khi ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt phức tạp hơn.
4.3. Ảnh Hưởng Của Tốc Độ Cắt Đến Chi Phí Năng Lượng và Độ Nhám
Tốc độ cắt ảnh hưởng đến nhiệt độ vùng cắt và quá trình hình thành phoi. Tốc độ cắt cao có thể làm giảm lực cắt và chi phí năng lượng, nhưng cũng có thể làm tăng độ nhám bề mặt do rung động và mài mòn dao. Kết quả nghiên cứu cho thấy có một giá trị tốc độ cắt tối ưu để đạt được chi phí năng lượng thấp và độ nhám bề mặt tốt.
V. Tối Ưu Thông Số Cắt Tiện Gang Bí Quyết Giảm Chi Phí Năng Lượng
Dựa trên mô hình toán học và kết quả thí nghiệm, các giá trị tối ưu của góc cắt, chiều sâu cắt, và tốc độ cắt được xác định. Các giá trị này cho phép giảm chi phí năng lượng và cải thiện độ nhám bề mặt khi tiện trơn gang trên máy tiện EER1330. Việc áp dụng các thông số cắt tối ưu này có thể mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật đáng kể.
5.1. Xác Định Giá Trị Tối Ưu Của Góc Cắt Chiều Sâu Cắt Tốc Độ Cắt
Quá trình tối ưu hóa bao gồm việc sử dụng các thuật toán tối ưu hóa để tìm kiếm các giá trị của góc cắt, chiều sâu cắt, và tốc độ cắt sao cho chi phí năng lượng là thấp nhất và độ nhám bề mặt đạt yêu cầu. Các ràng buộc về khả năng của máy tiện và dao cắt cũng được xem xét trong quá trình tối ưu hóa.
5.2. Các Trị Số Công Nghệ Hợp Lý Khi Tiện Trơn Gang EER1330
Các trị số công nghệ hợp lý được xác định dựa trên kết quả tối ưu hóa và kinh nghiệm thực tế. Các trị số này bao gồm phạm vi chấp nhận được của góc cắt, chiều sâu cắt, và tốc độ cắt để đảm bảo quá trình tiện diễn ra ổn định và đạt được chất lượng sản phẩm mong muốn.
VI. Kết Luận Kiến Nghị Hướng Nghiên Cứu Tối Ưu Tiện Gang
Nghiên cứu này đã thành công trong việc xác định ảnh hưởng của góc cắt, chiều sâu cắt, và tốc độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn gang. Các kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để tối ưu hóa quá trình tiện và giảm chi phí sản xuất. Các kiến nghị cho nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc xem xét ảnh hưởng của các yếu tố khác như vật liệu dao cắt và chế độ bôi trơn.
6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu và Đóng Góp Thực Tiễn
Nghiên cứu đã cung cấp các thông tin quan trọng về mối quan hệ giữa các thông số cắt và các yếu tố đầu ra quan trọng như chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt. Các kết quả này có thể được sử dụng để cải thiện quy trình sản xuất và giảm chi phí cho các doanh nghiệp cơ khí.
6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo và Phát Triển Ứng Dụng
Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các mô hình dự đoán chính xác hơn và tích hợp các thuật toán tối ưu hóa vào phần mềm CAD/CAM để tự động lựa chọn các thông số cắt tối ưu. Ngoài ra, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác như rung động và mài mòn dao cũng rất quan trọng.
