Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trên thế giới Máy phay là một trong những loại máy gia công kim loại được dùng phổ biến trong các nhà máy cơ khí.Chiếc máy phay giản đơn đầu tiên của loài người được cha cố người Bỉ tên là Ferdinan Ferbist làm việc ở cung vua Khang Hy chế tạo để gia công vành quay bằng đồng của kính thiên văn theo lệnh của vua vào năm1668 (hình 1.Nguyên lý làm việc của máy như sau: Vành quay sau khi đúc xong được đặt lên mặt đá phẳng,ở phía trên tì lên mặt vành quay là một dao phay làm bằng kim loại,con dao này được bắt chặt vào đầu thanh gỗ,người ta đặt lên phía trên thanh gỗ những quả nặng để tạo ra lực đẩy dao,nhờ ngựa kéo, dao chạy trên mặt vành quay theo vòng tròn. Máy phay do Ferdinan Ferbist phát minh Cho đến nay, hàng triệu máy phay với nhiều kiểu dáng khác nhau đã được chế tạo và đưa vào sản xuất.Trong số các nước đi tiên phong trong lĩnh vực chế tạo máy công cụ nói chung và máy phay nói riêng phải kể đến các LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ,Cộng hòa liên bang Đức,Nhật bản,Thụy Sỹ, Italy. Mỹ là nước có nhiều nhà máy sản xuất máy công cụ nhất thế giới với trên 1200đơn vị,hàng năm, sản xuất được trên 273 nghìn máy công cụ.
Máy công cụ do Mỹ sản xuất được các nước châu Âu ưa chuộng vì nó hiện đại và bền cho nên khoảng 40% sản phẩm máy của Mỹ được xuất khẩu sang châu Âu.Nhiều hãng sản xuất máy công cụ nổi tiếng thế giới như Gridley, Kliben, Kent. với các loại sản phẩm khác nhau,hãng Kent cho ra đời các loại máy phay mã hiệu: KTM-3, KTM-3VS, KTM-3VKF (hình 1.2), KTM-VKF, KTM-4VKF,TW-32QI-ANILAM3300, TW-32MV-FANUC, TW- 32TRH.Các loại máy phay khác như: BMT1500S (hình 1.3), BMT2000HU, BMT 2500UM, BMT7000V. có công suất trục chính từ 2-7HP, máy phay giường BM460T, BM56T có công suất trục chính 7 - 7,5 HP, tốc độ quay của trục chính 60-4500 v/p. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Máy phay KTM-3VKF LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.Máy phay mã hiệuTAC510 Cộng hòa liên bang Đức là một trong những nước công nghiệp phát triển đi đầu trong xuất khẩu máy công cụ. Nước Đức có khoảng 433 hãng sản xuất máy,trung bình xuất xưởng khoảng 206 nghìn sản phẩm trong một năm bao gồm máy mài,máy doa chiếm 20,1%,máy tiện CNC chiếm 16,2%,máy phay chiếm 13,8%, máy tiện chiếm 12,35%.Ngay từ những năm đầu của thế kỷ XIX, sản xuất công nghiệp ở Cộng hòa liên bang Đức phát triển nhu cầu máy móc để cơ giới hóa các quá trình sản xuất rất lớn đòi hỏi ngành chế tạo máy phải có các loại máy công cụ có năng suất cao, chất lượng tốt.Để dáp ứng yêu cầu này hãng Hermle đã cho ra đời các loại máy phay với mã hiệu như: UVF-1000,UVF-1001, UVF-1200H,UVF-802, UVF-902H,UVF-902, UVF-1001CNC,U-740, hãng Optimum có các sản phẩm máy phay với các mã hiệu: OPTI F100, OPTI F100TC, BF30, BF30 VARIO,BF46, BF20 (hình 1.4) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 có các đặc tính kỹ thuật cơ bản hành trình bàn theo trục Y:175mm, theo trục X:280mm, theo trục Z:120mm,tốc độ trục chính từ 30÷3000 v/p, công suất động cơ:850w,hãng Elumatec Gmh sản xuất các loại máy phay với mã hiệu: KF178, AS70/03,AF221, AF 222,AF 223,hãng Apple Gmh sản xuất các loại máy phay với mã hiệu: FM 50S DIGI,BSM 150,BFM4PG, UFM100 DIGI, UFM80DIGI (hình 1.5) có các thông số kỹ thuật chính như đường kính dao phay mặt dầu 32 mm, đường kính dao phay ngón 100mm,tốc độ quay trục chính 115÷1750 v/p,hành trình bàn theo trục Y:1120mm, hành trình bàn theo trục X:1200mm, hành trình bàn theo trục Z:2060 mm, công suất động cơ:1,5 kw.Máy phay mã hiệu BF-20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.Máy phay mã hiệu UFM 80 DIGI Nhật Bản, nước công nghiệp phát triển đứng thứ hai thế giới sau Mỹ về sản xuất máy công cụ với hơn 270 hãng sản xuất cho ra đời khoảng 257 nghìn máy công cụ trong một năm. Một số hãng sản xuất máy công cụ có sản phẩm máy phay xuất khẩu đến nhiều nước trên thế giới nhưZhizuokavới sản phẩm là máy phay mã hiệu NHQ-G, SV-50D, VHR-SD, AN-SRN.,Takeda Kikai với sản phẩm máy phay mã hiệu TK-VS2N, TKUS2N, HDS430N, BXR1000BCD.Hãng Okuma là một trong những hãng sản xuất máy công cụ lớn ở Nhật Bản cho ra đời máy phay với mã hiệu: MX-55VB,MX-55VR,MX- 40HA, MX-500H, MU-500, MX-60HB, M-4VA, STM-2V(hình 1.6) có các thông số kỹ thuật cơ bản hành trình theo trục X:710mm, theo trục Y:300mm, theo trục Z:410mm, tốc độ trục chính 60÷1800 v/p,công suất động cơ chính 3,7Kw. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Máy phay mã hiệu STM-2V Từ những phân tích ở trên,cho thấy rằng:Gia công các chi tiết máy bằng phương pháp phay là phương pháp gia công thông dụng cho nên đã có nhiều loại máy phay khác nhau được chế tạo và đưa vào sản xuất,đáp ứng nhu cầu của ngành chế tạo máy ở các nước khác nhau trên thế giới.Cùng với việc chế tạo máy phay thì nghiên cứu hoàn thiện,nâng cao chất lượng máy và quá trình sử dụng máy đã được quan tâm trong nhiều công trình nghiên cứu ở Nga và những nước có nền công nghiệp phát triển. Các nghiên cứu tập trung vào các hướng chủ yếu sau: +Nghiên cứu nâng cao năng suất khi sử dụng máy phay được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 Trong công trình [16], các tác giả V.G Nhetrepaev đã khảo sát quá trình hình thành phoi khi phay rãnh chữ T và xây dựng được các mô hình toán học để khảo sát quá trình phoi lấp đầy không gian giữa các răng cắt của dao phay; Sự chuyển dịch phoi dọc mặt cắt trước của các răng cắt dưới tác dụng của lực quán tính và lực thủy động. Sự dịch chuyển của các phoi kim loại dọc mạch cắt dưới tác dụng lực thủy động học; Quá trình lắp đầy phoi trong không gian của mạch cắt; Xác định lực cần thiết tác dụng lên khối phoi vật liệu vụn được tạo thành trong không gian của mạch cắt.
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng chỉ sau 2 đến 5 vòng quay của trục dao không gian giữa các răng cắt đã được phoi lấp đầy. Kết quả khảo nghiệm cho phép khẳng định rằng: Khi gia công thép và gang ở chế độ tiêu chuẩn có từ 30 ÷ 100% trường hợp không có khả năng tự thoát phoi được nhờ lực quán tính mà muốn quá trình thoát phoi được thuận lợi cần thiết phải có thêm lực tác dụng. Trong quá trình gia công, phoi thép cũng nhanh chóng được lấp đầy rãnh cắt; chỉ sau 10 ÷ 30 mm chiều dài mạch cắt. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng: Sự tách phoi ra khỏi không gian giữa 2 răng cắt (hầu răng) và phoi cắt ra khỏi không gian của mạch cắt cho phép tăng năng suất lên 2 lần mà vẫn đảm bảo được độ nhám theo tiêu chuẩn.
Nhờ sử dụng nhưng pháp chủ động đẩy phoi ra khỏi không gian giữa các răng cắt và trong mạch cắt dòng nước làm mát có áp lực mà tuổi bền của dao tăng lên nhiều lần so với trường hợp làm mát dao cắt khi gia công mà không đẩy phoi… LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 11 Trong công trình [19], tác giả Lobanov.A đã nghiên cứu quá trình phay thép tôi có độ cứng lớn hơn 45HRC. Trong quá trình nghiên cứu tác giả đã khảo sát nhiệt ở vùng cắt gọt, xác định nhiệt độ; kiểm tra cấu tạo tinh thể và độ cứng của phoi thép và đưa ra phương pháp chọn chế độ cắt gọt, khi phay thep qua tôi cứng; Xác định yêu cầu kỹ thuật của máy phay sử dụng để phay các hợp kim cứng. Sử dụng phương pháp phay kim loại ở trạng thái tôi cứng mà đề tài đề xuất góp phần nâng cao năng suất, giảm độ nhám, giảm chi phí gia công của các chi tiết máy. Trong một vài năm gần đây,việc sử dụng các chi tiết máy làm bằng vật liệu khó gia công từ hợp chất của những chất không gỉ, chịu được axít, chịu nhiệt…được quan tâm ở nhiều nước trên thế giới.Trong số các hợp chất được sử dụng rộng rãi có hợp chất của titan với tính ưu việt nổi trội so với hợp chất của các kim loại như sắt,niken, manhê, nhôm và các kim loại khác.Tuy nhiên, khi gia công các chi tiết làm bằng hợp chất của titan gặp một số khó khăn do tính chất cơ lý của nó gây nên như làm mòn dụng cụ, giảm năng suất và chất lượng bề mặt gia công.
Tác giả, đã nghiên cứu nâng cao năng suất phay các chi tiết làm bằng hợp kim của titan nhờ áp dụng phương pháp cắt tốc độ cao.Trong công trình [22], tác giả Kirukhin D.E đã xây dựng được mô hình toán thể hiện được sự ảnh hưởng của các thông số cắt đến mòn dụng cụ trong đó có mòn đặc trưng cho phương pháp phay hợp kim titan tốc độ cao. Từ những kết quả nghiên cứu thu được tác giả đã khuyến cáo áp dụng phương pháp phay độ cao tốc để tăng năng suất và chất lượng sản phẩm khi gia công các chi tiết làm từ hợp kim titan trên các máy phay có độ cứng vững cao. Trong công trình [25], tác giả Ruđina.A đã nghiên cứu nâng cao hiệu quả gia công bề mặt của các chi tiết máy nhờ chọn thông số kỹ thuật của quá LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12 trình cắt hợp lý. Đã xây dựng được mô hình toán học để xác định chế độ cắt hợp lý khi phay ở tốc độ cao nhằm mục tiêu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Trong công trình nghiên cứu [28],tác giả Poliakova.V đã nghiên cứu khả năng nâng cao năng suất và chất lượng gia công bề mặt của chi tiết máy. Trong quá trình nghiên cứu đã xây dựng được mô hình xác định nhiệt độ cắt gọt khi phay chi tiết ở các chế độ cắt khác nhau. Xây dựng mô hình toán học xác định độ nhám bề mặt chi tiết phụ thuộc vào chế độ cắt. Xác định được chế độ cắt tối ưu bằng phương pháp qui hoạch thực hiện nghiệm phi tuyến.
Với hàm mục tiêu là giá thành sản phẩm. +Nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm trong quá trình phay các vật liệu khác nhau là vấ đề mang tính thời sự cũng được quan tâm nghiên cứu Trong công trình [20], tác giả Gilaev.V, xây dựng được lý thuyết mới miêu tả quá trình phay thực hiện bởi lưỡi phay cùng lúc thực hiện chuyển động quay và chuyển động dọc trục quay.